揭示隐藏序：磁致伸缩作为多极有序态的探针

固体中涉及高阶多极自由度的对称性破缺在历史上被称为“隐藏序”，因为用常规探针探测它们是一项艰巨的任务。这种隐藏序的例子包括量子磁体中的自旋向列序，以及各种关联量子材料中的四极或更高阶多极序。在这项工作中，我们从理论上提出，磁致伸缩的研究提供了一种强大而新颖的工具，可以直接探测高阶多极对称性破缺——例如难以捉摸的八极序——通过检查其相对于外加磁场$h$的标度行为。作为一个说明性例子，我们在Pr基笼状化合物Pr(Ti,V,Ir)$_2$(Al,Zn)$_{20}$的背景下检查了这些关键标度特征，这些化合物具有强关联$f$电子，其低能自由度由纯粹的高阶多极子组成：四极子$\mathcal{O}_{20,22}$和八极子$\mathcal{T}_{xyz}$。采用基于对称性的多极矩与晶格应变场耦合的朗道理论，我们证明，沿[111]方向施加磁场会导致长度变化，在八极有序温度以下具有明显的线性-in-$h$标度行为，并伴有磁滞。我们表明，由此产生的“磁致伸缩系数”与八极序参量直接成正比，为探测这一微妙的序参量提供了第一个清晰的途径。沿着其他场方向，我们表明磁致伸缩的场依赖性为探测四极序提供了窗口。我们的工作为未来在各种系统中对多极序及其量子相变的实验和理论研究提供了跳板。