多铁性四重钙钛矿$BiMn_{7}O_{12}$中的两次位移型铁电相变

我们报道了对$BiMn_{7}O_{12}$陶瓷的微波、太赫兹（THz）、红外和拉曼光谱研究，进一步阐明了该化合物中两次结构相变的本质及其与铁电性的可能联系。我们在冷却过程中观察到，在 460 K 和 300 K 附近（即$BiMn_{7}O_{12}$经历从单斜$\textit{I2/m}$相到极性单斜$\textit{Im}$相再到三斜$\textit{P1}$相的连续结构相变的温度），太赫兹范围内一个极性声子发生软化。该软声子导致了位移型铁电相变典型的介电异常。在 5.8 GHz 下进行的直至 400 K 的微波测量，不仅定性证实了 300 K 处的介电异常，还揭示了在 60 K 和 28 K 附近的磁相变处存在另外两个微弱的介电异常。这证明了低温相的多铁性本质，尽管在 kHz 和 Hz 频谱范围内相对较高的电导率阻碍了我们直接测量介电常数和铁电极化。某些拉曼模式感知到了发生在 60 K 和 25 K 附近的磁相变，表明自旋 - 声子耦合在该化合物及该温度范围内至关重要。Mn-O 伸缩模式频率对非谐温度行为的偏离，已成功通过由比热磁贡献计算得出的自旋关联函数得到解释。