Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках
Показано, что обнаруженные в DyMn₂O₅ и TbMnO₃ колоссальные изменения диэлектрической постоянной и электрической поляризации в магнитном поле порядка нескольких тесла возможны в сегнетомагнетиках с близкими температурами сегнетоэлектрического и магнитного переходов и малыми значениями электрическо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2005
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121707 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках / И.E. Чупис // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 10. — С. 1125-1129. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-121707 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чупис, И.Е. 2017-06-15T14:03:35Z 2017-06-15T14:03:35Z 2005 Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках / И.E. Чупис // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 10. — С. 1125-1129. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.80.+ q https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121707 Показано, что обнаруженные в DyMn₂O₅ и TbMnO₃ колоссальные изменения диэлектрической постоянной и электрической поляризации в магнитном поле порядка нескольких тесла возможны в сегнетомагнетиках с близкими температурами сегнетоэлектрического и магнитного переходов и малыми значениями электрической поляризации. Появление электрической поляризации в соразмерной магнитной фазе TbMnO₃ и изменение ее ориентации в магнитном поле трактуется как результат перенормировки сегнетоэлектрической энергии магнитоэлектрическим взаимодействием. Предсказано существование слабого ферромагнитного момента вдоль с-оси в соразмерной фазе TbMnO₃. Доведено, що колосальні зміни діелектричної константи та електричної поляризації у магнітному полі порядку декілька тесла, що спостерігалися у DyMn₂O₅ та TbMnO₃, можливі у сегнетомагнетиках з близькими температурами сегнетоелектричного та магнітного переходів та малими значеннями електричної поляризації. Поява електричної поляризації та зміна її напрямку у магнітному полі вважається як результат перенорміровки сегнетоелектричної енергії магнітоелектричною взаємодією. Передбачено існування слабкого феромагнітного моменту вздовж с-осі у сорозмірному стані TbMnO₃. It is shown that observed in DyMn₂O₅ and TbMnO₃ colossal changes of dielectric constant and electric polarization with magnetic field are possible in the ferroelectromagnets with close magnetic and ferroelectric transition temperatures and a small value of electric polarization. The appearance of electric polarization in commensurate magnetic state of TbMnO₃ and the reorientation of electric polarization by magnetic field was interpreted as a result of a renormalization of the ferroelectric energy by the magnetoelectric interaction. The existence of a weak ferromagnetic moment along c-axis in TbMnO₃ commensurate phase was predicted. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках Phenomenological treatment of the gigantic magnetoelectric effect in some ferroelectromagnets Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках |
| spellingShingle |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках Чупис, И.Е. Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| title_short |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках |
| title_full |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках |
| title_fullStr |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках |
| title_full_unstemmed |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках |
| title_sort |
феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках |
| author |
Чупис, И.Е. |
| author_facet |
Чупис, И.Е. |
| topic |
Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| topic_facet |
Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| publishDate |
2005 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Phenomenological treatment of the gigantic magnetoelectric effect in some ferroelectromagnets |
| description |
Показано, что обнаруженные в DyMn₂O₅ и TbMnO₃ колоссальные изменения диэлектрической
постоянной и электрической поляризации в магнитном поле порядка нескольких тесла
возможны в сегнетомагнетиках с близкими температурами сегнетоэлектрического и магнитного
переходов и малыми значениями электрической поляризации. Появление электрической поляризации
в соразмерной магнитной фазе TbMnO₃ и изменение ее ориентации в магнитном поле
трактуется как результат перенормировки сегнетоэлектрической энергии магнитоэлектрическим
взаимодействием. Предсказано существование слабого ферромагнитного момента вдоль
с-оси в соразмерной фазе TbMnO₃.
Доведено, що колосальні зміни діелектричної константи та електричної поляризації у
магнітному полі порядку декілька тесла, що спостерігалися у DyMn₂O₅ та TbMnO₃, можливі
у сегнетомагнетиках з близькими температурами сегнетоелектричного та магнітного переходів
та малими значеннями електричної поляризації. Поява електричної поляризації та зміна її напрямку
у магнітному полі вважається як результат перенорміровки сегнетоелектричної енергії
магнітоелектричною взаємодією. Передбачено існування слабкого феромагнітного моменту
вздовж с-осі у сорозмірному стані TbMnO₃.
It is shown that observed in DyMn₂O₅ and
TbMnO₃ colossal changes of dielectric constant
and electric polarization with magnetic field are
possible in the ferroelectromagnets with close
magnetic and ferroelectric transition temperatures
and a small value of electric polarization.
The appearance of electric polarization in commensurate
magnetic state of TbMnO₃ and the reorientation
of electric polarization by magnetic
field was interpreted as a result of a
renormalization of the ferroelectric energy by the
magnetoelectric interaction. The existence of a
weak ferromagnetic moment along c-axis in
TbMnO₃ commensurate phase was predicted.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121707 |
| citation_txt |
Феноменологическая трактовка гигантского магнитоэлектрического эффекта в некоторых сегнетомагнетиках / И.E. Чупис // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 10. — С. 1125-1129. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT čupisie fenomenologičeskaâtraktovkagigantskogomagnitoélektričeskogoéffektavnekotoryhsegnetomagnetikah AT čupisie phenomenologicaltreatmentofthegiganticmagnetoelectriceffectinsomeferroelectromagnets |
| first_indexed |
2025-11-26T21:26:33Z |
| last_indexed |
2025-11-26T21:26:33Z |
| _version_ |
1850776723636879360 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 10, ñ. 1125–1129
Ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òðàêòîâêà ãèãàíòñêîãî
ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà â íåêîòîðûõ
ñåãíåòîìàãíåòèêàõ
È.E. ×óïèñ
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: chupis@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10 ôåâðàëÿ 2005 ã.
Ïîêàçàíî, ÷òî îáíàðóæåííûå â DyMn2O5 è TbMnO3 êîëîññàëüíûå èçìåíåíèÿ äèýëåêòðè÷å-
ñêîé ïîñòîÿííîé è ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè â ìàãíèòíîì ïîëå ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ òåñëà
âîçìîæíû â ñåãíåòîìàãíåòèêàõ ñ áëèçêèìè òåìïåðàòóðàìè ñåãíåòîýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî
ïåðåõîäîâ è ìàëûìè çíà÷åíèÿìè ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè. Ïîÿâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿ-
ðèçàöèè â ñîðàçìåðíîé ìàãíèòíîé ôàçå TbMnO3 è èçìåíåíèå åå îðèåíòàöèè â ìàãíèòíîì ïîëå
òðàêòóåòñÿ êàê ðåçóëüòàò ïåðåíîðìèðîâêè ñåãíåòîýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ìàãíèòîýëåêòðè÷å-
ñêèì âçàèìîäåéñòâèåì. Ïðåäñêàçàíî ñóùåñòâîâàíèå ñëàáîãî ôåððîìàãíèòíîãî ìîìåíòà âäîëü
ñ-îñè â ñîðàçìåðíîé ôàçå TbMnO3.
Äîâåäåíî, ùî êîëîñàëüí³ çì³íè ä³åëåêòðè÷íî¿ êîíñòàíòè òà åëåêòðè÷íî¿ ïîëÿðèçàö³¿ ó
ìàãí³òíîìó ïîë³ ïîðÿäêó äåê³ëüêà òåñëà, ùî ñïîñòåð³ãàëèñÿ ó DyMn2O5 òà TbMnO3 , ìîæëèâ³
ó ñåãíåòîìàãíåòèêàõ ç áëèçüêèìè òåìïåðàòóðàìè ñåãíåòîåëåêòðè÷íîãî òà ìàãí³òíîãî ïåðåõîä³â
òà ìàëèìè çíà÷åííÿìè åëåêòðè÷íî¿ ïîëÿðèçàö³¿. Ïîÿâà åëåêòðè÷íî¿ ïîëÿðèçàö³¿ òà çì³íà ¿¿ íà-
ïðÿìêó ó ìàãí³òíîìó ïîë³ ââàæàºòüñÿ ÿê ðåçóëüòàò ïåðåíîðì³ðîâêè ñåãíåòîåëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿
ìàãí³òîåëåêòðè÷íîþ âçàºìî䳺þ. Ïåðåäáà÷åíî ³ñíóâàííÿ ñëàáêîãî ôåðîìàãí³òíîãî ìîìåíòó
âçäîâæ ñ-îñ³ ó ñîðîçì³ðíîìó ñòàí³ TbMnO3.
PACS: 75.80.+ q
Ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò (MEE), ò.å. èí-
äóöèðîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè ìàãíèò-
íûì ïîëåì è ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ýëåêòðè÷åñêèì
ïîëåì, îáû÷íî ñëàá âñëåäñòâèå ñëàáîñòè ÌÅ âçàè-
ìîäåéñòâèé. Çíà÷èòåëüíûõ âåëè÷èí MEE ìîæíî
îæèäàòü ëèøü â ìàãíèòîóïîðÿäî÷åííûõ (àíòè)ñåã-
íåòîýëåêòðèêàõ (ñåãíåòîìàãíåòèêàõ) ñ áëèçêèìè
òåìïåðàòóðàìè ìàãíèòíîãî è ñåãíåòîýëåêòðè÷åñêîãî
ïåðåõîäîâ [1]. Òàê, â íèêåëü-èîäèñòîì áîðàöèòå,
ãäå òåìïåðàòóðû ìàãíèòíîãî è ñåãíåòîýëåêòðè÷åñêî-
ãî (CÝ) ïåðåõîäîâ ñîâïàäàþò, â ìàãíèòíîì ïîëå íà-
áëþäàëîñü èçìåíåíèå äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé
ïîðÿäêà 30% [2]. Îäíàêî ýòî èçìåíåíèå, íàïðèìåð â
BiMnO3 ñ ñèëüíî ðàçëè÷àþùèìèñÿ òåìïåðàòóðàìè
ïåðåõîäîâ, ìàëî [3]. Íåäàâíî ïîÿâèëèñü ñîîáùåíèÿ
î íàáëþäåíèè ãèãàíòñêîãî èçìåíåíèÿ äèýëåêòðè÷å-
ñêîé ïîñòîÿííîé â ìàãíèòíîì ïîëå ïîðÿäêà íåñêîëü-
êèõ òåñëà â íåêîòîðûõ ðîìáè÷åñêèõ ñåãíåòîàíòè-
ôåððîìàãíåòèêàõ [4,5]. Â àíòèôåððîìàãíèòíîì
(AÔ) DyMn2O5 èçìåíåíèå äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòî-
ÿííîé áûëî ïîðÿäêà 100% â ìàãíèòíîì ïîëå H =
= 7 Të. Ãèãàíòñêîå èçìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿ-
ðèçàöèè â ìàãíèòíîì ïîëå ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ òåñ-
ëà îáíàðóæåíî â TbMnO3 [5]. Ýòîò ýôôåêò òàêæå
ñîïðîâîæäàëñÿ çíà÷èòåëüíûì (∼10 %) èçìåíåíèåì
äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé. Êàêàÿ-ëèáî òåîðåòè-
÷åñêàÿ èíòåðïðåòàöèÿ ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëü-
íûõ ðåçóëüòàòîâ â óïîìÿíóòûõ ðàáîòàõ îòñóòñòâóåò.
Îòêðûòèå ãèãàíòñêèõ èçìåíåíèé äèýëåêòðè÷åñêîé
ïîñòîÿííîé è ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè â ñðàâ-
íèòåëüíî íå î÷åíü áîëüøèõ ìàãíèòíûõ ïîëÿõ â ñåã-
íåòîìàãíåòèêàõ TbMnO3 è DyMn2O5 îçíà÷àåò ðå-
àëüíóþ âîçìîæíîñòü ýôôåêòèâíîãî ìàãíèòíîãî
êîíòðîëÿ íàä ÑÝ ñîñòîÿíèåì.
 íàñòîÿùåì ñîîáùåíèè èñõîäÿ èç îáùèõ ôå-
íîìåíîëîãè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé ïðåäëàãàåòñÿ
© È.E. ×óïèñ, 2005
òðàêòîâêà âîçìîæíîñòè ãèãàíòñêèõ èçìåíåíèé äè-
ýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé è ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðè-
çàöèè â ìàãíèòíîì ïîëå. Íàáëþäàåìûå â ÒbMnO3
ôàçîâûå ÑÝ ïåðåõîäû ñ÷èòàþòñÿ ðåçóëüòàòîì ïåðå-
íîðìèðîâêè ÑÝ ïîñòîÿííûõ ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêèì
âçàèìîäåéñòâèåì.
Âîçìîæíîñòü êîëîññàëüíûõ èçìåíåíèé äèýëåê-
òðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé â ìàãíèòíîì ïîëå (ìàãíèòî-
äèýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò [4]) ìîæíî ëåãêî ïîíÿòü
èç îáùèõ ñîîáðàæåíèé. Íàïèøåì òåðìîäèíàìè-
÷åñêèé ïîòåíöèàë èçîòðîïíîãî CÝ–AÔ ñ áëèçêèìè
òåìïåðàòóðàìè ÑÝ è AÔ ïåðåõîäîâ â âèäå ðàçëîæå-
íèÿ íå âûøå ÷åòâåðòîé ñòåïåíè ïî âåêòîðàì àíòè-
ôåððîìàãíåòèçìà L, ïîëÿðèçàöèè P è íàìàãíè÷åí-
íîñòè M:
� � � � � � �
� � � �
a
L
u
L M MH L M
b
P
c
P PE L P
0 2 4 2 2 2
0 2 4 0 2 2
2 4 2 2
2 4 2
� �
�
�
�
2
2 2M P . (1)
Çäåñü E(H) — ýëåêòðè÷åñêîå (ìàãíèòíîå) ïîëå,
ñëàãàåìûå ñ êîýôôèöèåíòàìè � è �0 ÿâëÿþòñÿ ME
ýíåðãèåé. ×ëåí ñ ÷åòâåðòîé ñòåïåíüþ íàìàãíè÷åííî-
ñòè îïóùåí, òàê êàê ðàññìàòðèâàåòñÿ ÀÔ ïåðåõîä.
Ìèíèìèçèðóÿ � (1) ïî L, M, P è óäåðæèâàÿ ñëà-
ãàåìûå íå âûøå ïåðâîé ñòåïåíè ïî ME âçàèìîäåé-
ñòâèþ, ïîëó÷àåì, ÷òî äèýëåêòðè÷åñêàÿ âîñïðèèì÷è-
âîñòü � �
�
�P E P( ) .2 2 1�
Äëÿ ÑÝ ñîñòîÿíèÿ èìååì âûðàæåíèÿ:
� � � ��1 2 22 2ñP b M( ),� b b a u� � � �
0 0 0
1� ,
� � � � �� ��0
1u ,
(2)
M H L b M c u� � �
�( ) , , , , ,� � �2 1 2 0 0 0 0�
b T� �
�( )�0 0 ,
ãäå �0 — òåìïåðàòóðà Êþðè â îòñóòñòâèå ìàãíèòíî-
ãî ïîëÿ.
 ïàðàýëåêòðè÷åñêîé ôàçå
� � � ��1 2b M� , b M� �� 2 0 . (3)
Òåìïåðàòóðà Êþðè ñìåùàåòñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå:
� � �� � �
0
1 2� M . (4)
Çíàê ýòîãî ñìåùåíèÿ çàâèñèò îò çíàêà ME ïîñòîÿí-
íîé �. Îáû÷íî ñìåùåíèå òåìïåðàòóðû Êþðè â ìàã-
íèòíîì ïîëå ìàëî, | |� �� �0 | | ( )� �M /cP2
0
2
00 �� ,
ãäå P0 0( ) — ñïîíòàííàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ
ïðè T � 0.
Îäíàêî ñïîíòàííàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ
ìîæåò íå òîëüêî ðàñòè ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû,
íî ìîæåò áûòü íåìîíîòîííîé ôóíêöèåé â ðåçóëüòà-
òå âçàèìîäåéñòâèÿ ñ äðóãèìè ïîäñèñòåìàìè êðè-
ñòàëëà. Ýòè âçàèìîäåéñòâèÿ ïåðåíîðìèðóþò ÑÝ ïî-
ñòîÿííóþ b0 (2), è â ðåçóëüòàòå ïåðåíîðìèðîâêè ïî-
ñòîÿííàÿ b, ò.å. P0, ìîæåò áûòü íåìîíîòîííîé ôóíê-
öèåé òåìïåðàòóðû. Åñëè ïîñòîÿííàÿ b ìàëà (ò.å.
ìàëà ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ), à ïîñòîÿííûå b è
� èìåþò ðàçíûå çíàêè, òî óñëîâèå b M� �� 2 0 ìî-
æåò áûòü âûïîëíåíî â íå î÷åíü ñèëüíûõ ìàãíèòíûõ
ïîëÿõ.  ýòîì ñëó÷àå ME âçàèìîäåéñòâèå èíäóöèðó-
åò ÑÝ ôàçîâûé ïåðåõîä è äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿí-
íàÿ � �� � �1 4 ïðåòåðïèò ãèãàíòñêîå (ïîðÿäêà
100%) èçìåíåíèå â ìàãíèòíîì ïîëå, êàê ïðè ñîáñò-
âåííîì ÑÝ ïåðåõîäå. Äåéñòâèòåëüíî, îáà èññëåäî-
âàííûõ êðèñòàëëà [4,5] èìåþò ìàëóþ ýëåêòðè÷å-
ñêóþ ïîëÿðèçàöèþ P ∼ 10 4 2� �Êë ì• (íàïðèìåð,
P ∼ 10 1 2� �Êë • ì â BaTiO3).
 îðòîðîìáè÷åñêîì DyMn2O5 íàáëþäàåòñÿ ñåðèÿ
áëèçêèõ ïî òåìïåðàòóðå ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ: ÀÔ
ïåðåõîä ïðè T TN� , ÑÝ ïåðåõîä ïðè � � TN è ÀÔ
ïåðåõîä èç ñîèçìåðèìîãî â íåñîèçìåðèìîå ìàãíèò-
íîå ñîñòîÿíèå ïðè T N� � �. Ñïîíòàííàÿ ïîëÿðèçà-
öèÿ íèæå � ñíà÷àëà âîçðàñòàåò, à çàòåì çíà÷èòåëüíî
óìåíüøàåòñÿ è ìåíÿåò çíàê âáëèçè T N� [4]. Òåìïå-
ðàòóðà Êþðè � â ìàãíèòíîì ïîëå, íàïðàâëåííîì
âäîëü îñè a, óìåíüøàåòñÿ (� � 0), à ïðè íàïðàâëå-
íèè ïîëÿ âäîëü îñè b óâåëè÷èâàåòñÿ (�
0) (ñì.
Fig. 2 [4]). Ñëåäîâàòåëüíî, äåéñòâèå ìàãíèòíîãî
ïîëÿ íà ýëåêòðè÷åñêóþ ïîëÿðèçàöèþ çàâèñèò îò åãî
íàïðàâëåíèÿ: P óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè íàïðàâëåíèè H
âäîëü îñè a è óìåíüøàåòñÿ, åñëè H ïàðàëëåëüíî îñè
b. Â èòîãå âáëèçè T N� ïðîèñõîäèò ãèãàíòñêîå èç-
ìåíåíèå äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé � �� � �1 4 â
ìàãíèòíîì ïîëå, íàïðàâëåííîì âäîëü îñè a. À ìàã-
íèòíîå ïîëå, íàïðàâëåííîå âäîëü îñè b, íàîáîðîò,
ïîäàâëÿåò äèýëåêòðè÷åñêèå àíîìàëèè [4].
Êàê ñëåäóåò èç (2), àíîìàëüíîå çíà÷åíèå � âîç-
ìîæíî â ìàãíèòíîì ïîëe Hñ,
H
b
ñ m�
�
� �
�
1 , (5)
ãäå � m — ìàãíèòíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü. Âåëè÷èíà
êðèòè÷åñêîãî ïîëÿ Hñ óìåíüøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì
� m . Âîò ïî÷åìó êîëîññàëüíûé ìàãíèòîýëåêòðè-
÷åñêèé ýôôåêò íàáëþäàëñÿ â íå ñòîëü áîëüøèõ ìàã-
íèòíûõ ïîëÿõ â òåõ êðèñòàëëàõ, ãäå òåìïåðàòóðû
ÑÝ è ÀÔ ïåðåõîäîâ áëèçêè [4,5].
Òàêèì îáðàçîì, íàáëþäåíèå ãèãàíòñêîãî ìàãíè-
òîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà â ýêñïåðèìåíòàëüíî äîñ-
òóïíûõ ìàãíèòíûõ ïîëÿõ âîçìîæíî â êðèñòàëëàõ,
ãäå 1) ñïîíòàííàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ ìàëà;
2) òåìïåðàòóðû ìàãíèòíîãî è ñåãíåòî(àíòèñåãíå-
òî)ýëåêòðè÷åñêîãî ïåðåõîäîâ áëèçêè; 3) çíàêè ïî-
ñòîÿííûõ b è � ïðîòèâîïîëîæíû.
 îðòîðîìáè÷åñêîì ìàíãàíàòå TbMnO3 (ïðî-
ñòðàíñòâåííàÿ ãðóïïà Pbnm) âîçíèêàåò ýëåêòðè-
1126 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 10
È.E. ×óïèñ
÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ âäîëü îñè ñ ïðè ïåðåõîäå èç
ñèíóñîèäàëüíî ìîäóëèðîâàííîé ÀÔ ôàçû â ñîðàç-
ìåðíóþ [5]. Â ñîðàçìåðíîé ÀÔ ôàçå ìàãíèòíîå
ïîëå âåëè÷èíîé íåñêîëüêî òåñëà èíäóöèðóåò ïåðå-
êëþ÷åíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè îò îñè ñ ê îñè
à. Àâòîðû ðàáîòû [5] ïðåäïîëîæèëè, ÷òî ïåðå-
îðèåíòàöèÿ ïîëÿðèçàöèè ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ïåðå-
îðèåíòàöèè ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ èîíîâ Tb3� [5].
Ãèãàíòñêîå èçìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè
( • )�P P� � � �6 10 4 2Êë ì ∼ ñîïðîâîæäàëîñü çíà÷è-
òåëüíûì (10%) èçìåíåíèåì � c.
Íèæå ïðåäëîæåíà èíòåðïðåòàöèÿ íàáëþäàåìûõ
ÑÝ ïåðåõîäîâ â TbMnO3 â ìàãíèòíîì ïîëå, êîãäà
èîíû òåðáèÿ íàõîäÿòñÿ â ïàðàìàãíèòíîì ñîñòîÿíèè
è ìàãíèòíîå óïîðÿäî÷åíèå ñîçäàåòñÿ èîíàìè Mn3� .
Ñîãëàñíî ðàáîòå [6], äëèííîïåðèîäè÷åñêîå ñèíó-
ñîèäàëüíîå ÀÔ óïîðÿäî÷åíèå ïðè T < 41 Ê ÿâëÿåò-
ñÿ ðåçóëüòàòîì äèñòîðñèè è îðáèòàëüíîãî óïîðÿäî-
÷åíèÿ. Ñïèíû Mn3�íàïðàâëåíû âäîëü îñè b [7].
Íàáëþäàåìûå ìàãíèòíûå àíîìàëèè âáëèçè òåìïåðà-
òóð ∼7 Ê è ∼27 Ê ñîîòâåòñòâåííî ñâÿçûâàþò ñ óïî-
ðÿäî÷åíèåì ñïèíîâ òåðáèÿ è ìàðãàíöà. Àíîìàëèÿ
ïðè Tl � 27 Ê ñîîòâåòñòâóåò ïåðåõîäó ìåæäó íå-
ñîðàçìåðíîé è ñîðàçìåðíîé ÀÔ ôàçàìè. Îäíîâðå-
ìåííî ñ ÀÔ óïîðÿäî÷åíèåì íèæå Tl ïîÿâëÿåòñÿ
ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ âäîëü îñè Z (c). Äè-
ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ � c èìååò ïðè òåìïåðàòóðå
Tl îò÷åòëèâóþ àíîìàëèþ [5]. Ìàêñèìàëüíîå çíà-
÷åíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè ìàëî, Pz �
� � � �8 10 4 2Êë • ì . Àâòîðû ðàáîòû [5] ñ÷èòàþò ÑÝ
ïåðåõîä íåñîáñòâåííûì, ïðè êîòîðîì ïåðâè÷íûì
ïàðàìåòðîì ïîðÿäêà ÿâëÿåòñÿ äèñòîðñèîííàÿ ìîäà.
 ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêå TbMnO3 ñîäåðæèòñÿ ÷å-
òûðå èîíà Mn3�è ÷åòûðå èîíà Tb3�â ñëåäóþùèõ
ïîçèöèÿõ:
Mn3� : 1(1/2, 0, 0), 2 (1/2, 0, 1/2),
3(0, 1/2, 1/2), 4(0, 1/2, 0),
Tb3� : 5(x, y, 1/4), 6(x y, , )3 4
,
7(x y�
� �
1 2 1 2 3 4, , ), 8(� �
�
x y1 2 1 21 4, , ).
Ìàãíèòíûå ñîñòîÿíèÿ îáîçíà÷àþòñÿ ñèìâîëàìè G
(g), C (c) è M (m) äëÿ èîíîâ Mn (ïðîïèñíàÿ áóê-
âà) è èîíîâ Tb (ñòðî÷íàÿ áóêâà) [8], ãäå
A M M M M� � � �1 2 3 4,
G M M M M� � � �1 2 3 4,
C M M M M� � � �1 2 3 4,
g M M M M� � � �5 6 7 8,
a M M M M� � � �5 6 7 8,
c M M M M� � � �5 6 7 8,
M M� � n
1
4
, m M� � n
5
8
. (6)
Ïðåîáðàçîâàíèÿ ìàãíèòíûõ âåêòîðîâ (6), P è òåí-
çîðà äåôîðìàöèè uik ïîä äåéñòâèåì ýëåìåíòîâ ñèì-
ìåòðèè öåíòðîñèììåòðè÷íîé ãðóïïû Pbnm ïðåä-
ñòàâëåíû â òàáëèöå.
Òàáëèöà. Íåïðèâîäèìûå ïðåäñòàâëåíèÿ ãðóïïû Pbnm
�i I 21x 2
1y
Êîìïîíåíòû
�1 +1 +1 +1 A
x
, G
y
, C
z
, c
z
, u
xx
, u
yy
, u
zz
�2 +1 +1 –1 M
x
, C
y
, G
z
, m
x
, c
y
, u
yz
�3 +1 –1 +1 A
z
, C
x
, M
y
, m
y
, c
x
, u
xz
�4 +1 –1 –1 A
y
, G
x
, M
z
, m
z
, u
xy
�5 –1 +1 +1 a
x
, g
y
�6 –1 –1 –1 a
y
, g
x
, P
z
�7 –1 –1 +1 a
z
, P
y
�8 –1 +1 –1 g
z
, P
x
Ðàññìîòðèì ñîñòîÿíèÿ â òåìïåðàòóðíîì èíòåðâà-
ëå T T Tl� � � (T� — òåìïåðàòóðà ìàãíèòíîãî óïîðÿ-
äî÷åíèÿ èîíîâ òåðáèÿ), ãäå ïîäñèñòåìà òåðáèÿ ïàðà-
ìàãíèòíà. Ñïèíû èîíîâ Mn3�íàïðàâëåíû âäîëü îñè
b, ò.å. Ay îòëè÷íî îò íóëÿ. Îäíîâðåìåííî ñ Ay âîç-
íèêàåò è ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ Pz . Ìîæíî
ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ìàãíèòíîå óïîðÿäî÷åíèå èîíîâ
Mn3�èíäóöèðóåò ÑÝ ïåðåõîä áëàãîäàðÿ ÿí-òåëëå-
ðîâñêîé äèñòîðñèè ïî àíàëîãèè ñ RMn2O5 [4,9]. Ïî-
ñêîëüêó âåëè÷èíà Pz ìàëà, òî ÑÝ ïåðåõîä ÿâëÿåòñÿ
íåñîáñòâåííûì.  ýòîì ñëó÷àå, íàïðèìåð, ýíåðãèÿ
êðèñòàëëà ìîæåò ñîäåðæàòü ñëàãàåìîå ñ ïåðâîé ñòå-
ïåíüþ ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè. Èç ïðèâåäåííîé
òàáëèöû âèäíî îòñóòñòâèå â ýíåðãèè èíâàðèàíòîâ,
ñîäåðæàùèõ ïåðâóþ ñòåïåíü ïîëÿðèçàöèè è òåíçîð
äèñòîðñèè. Ñëàãàåìûå æå ñ ïåðâîé ñòåïåíüþ Pz è
êâàäðàòè÷íûå ïî ìàãíèòíûì ìîìåíòàì â îòñóòñòâèå
ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ñîñòîÿíèè Ay ñëåäóþùèå:
P A g P A az y y z y x, . Òàê êàê g ay x� � 0 (ïîäñèñòåìà
òåðáèÿ íå óïîðÿäî÷åíà), òî ìåõàíèçì ïîÿâëåíèÿ Pz
íèæå òåìïåðàòóðû Tl äðóãîé. Â íàñòîÿùåì ñîîáùå-
íèè ïðåäïîëàãàåòñÿ âîçíèêíîâåíèå ýëåêòðè÷åñêîé
ïîëÿðèçàöèè P Pz c� � 0 íèæå Tl âñëåäñòâèå ME ïå-
ðåíîðìèðîâêè ÑÝ ïîñòîÿííîé b0 ñëàãàåìûì ÌÅ
âçàèìîäåéñòâèÿ �0
2 2P Az y (1). Ýòî ñëàãàåìîå ñîäåð-
Ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òðàêòîâêà ãèãàíòñêîãî ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 10 1127
æèò âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè ñ
ìàãíèòíûìè ìîìåíòàìè êàê ïîñðåäñòâîì îáìåííûõ
è àíèçîòðîïíûõ ìàãíèòíûõ ñèë, òàê è ïîñðåäñòâîì
äèñòîðñèè u Aii y∼ 2. Òîãäà èìååì (ñì. (2)):
b b c0 0 0�
, b b bc� � � �0 � �0
2
00 0c y cA
�, . Âû-
ïîëíåíèå óñëîâèÿ bc
0 îçíà÷àåò, ÷òî ME è ÑÝ
ýíåðãèè äîëæíû áûòü âåëè÷èíàìè îäíîãî ïîðÿäêà .
Ñóùåñòâîâàíèå â ýíåðãèè èíâàðèàíòà M Az y (ñì.
òàáëèöó) îçíà÷àåò, ÷òî ñîðàçìåðíàÿ ìàãíèòíàÿ ôàçà
íèæå Tl ÿâëÿåòñÿ ñëàáîôåððîìàãíèòíîé. Ýòîò âûâîä
ïîäòâåðæäàåòñÿ îòñóòñòâèåì êàêèõ-ëèáî çàìåòíûõ
àíîìàëèé íàìàãíè÷åííîñòè â ñèëüíûõ ìàãíèòíûõ
ïîëÿõ â ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè òåìïåðàòóð
(Fig. 3,e [5]).  îáìåííîì ïðèáëèæåíèè ñ ó÷åòîì
ëèøü áëèæàéøèõ (NN) ñîñåäåé ìîæíî ïîëîæèòü
A g� �0 0, , G C c a� � � � 0,
M M M M M M
M M M M
1 4 2 3 5 8
6 7 1 22
� � �
� � �
, , ,
, ( ) .Ay y
Ñóùåñòâîâàíèå â ýíåðãèè èíâàðèàíòîâ
P A g m A m Mz y y z y z z, , ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî
ïîäñèñòåìà èîíîâ Mn ïîäìàãíè÷èâàåò ïîäñèñòåìó
èîíîâ Tb è ÷òî ïîÿâëåíèå Pz èíäóöèðóåò ïîÿâëåíèå
àíòèôåððîìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ñïèíîâ òåðáèÿ
âäîëü îñè Y. Ïðèñóòñòâèå â ýíåðãèè àíèçîòðîïíûõ
ðåëÿòèâèñòñêèõ èíâàðèàíòîâ A G M Gy x z x, ãîâîðèò
î òîì, ÷òî â äåéñòâèòåëüíîñòè ñïèíîâàÿ ñòðóêòóðà
ñëàáîíåêîëëèíåàðíà (òàê íàçûâàåìûé «òðåõìåðíûé
êðåñò»).  äàëüíåéøåì êà÷åñòâåííîì ðàññìîòðåíèè
îãðàíè÷èìñÿ NN ïðèáëèæåíèåì. FM–ÑÝ ñîñòîÿ-
íèå, â êîòîðîì â îòñóòñòâèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ îòëè÷-
íû îò íóëÿ A M P gy z z y, , , , íèæå áóäåò èìåíîâàòüñÿ
ñîñòîÿíèåì I.
 ìàãíèòíîì ïîëå èçìåíÿþòñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïî-
ëÿðèçàöèÿ Pz è äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ � c (ñì.
(2) è (3)).  ïàðàýëåêòðè÷åñêîé ôàçå (T > Tl)
ïîñòîÿííûå � �
� �b bc c c c0 0, � � . Ïîñòîÿííàÿ
� ñ
0, òàê êàê � c óìåíüøàåòñÿ ñ ìàãíèòíûì ïîëåì
(Fig. 2,a [5]). Òåìïåðàòóðà ÑÝ ïåðåõîäà â ìàãíèò-
íîì ïîëå óìåíüøàåòñÿ (Fig. 2,a [5]), ò.e. ïîñòîÿí-
íàÿ �c c cu� � ��� � �0
1 0. Îòðèöàòåëüíûé çíàê �c
îçíà÷àåò óìåíüøåíèå Pz ñ óâåëè÷åíèåì ìàãíèòíîãî
ïîëÿ, è ýòî íàáëþäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî (Fig. 2,c
[5]).
 ñîñòîÿíèè I äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ � c
ðàñòåò â ìàãíèòíîì ïîëå (Fig. 3,a [5]). Äåéñòâèòåëü-
íî, èç (2) èìååì
�
�
�
� � �c c c
c
c c c
H
M
b b M
� � � �
�
( ) ( )
( )
0
2
0
2
2
. (7)
Èçìåíåíèå � c ìàëî â ìàëûõ ïîëÿõ.
Äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ � �xx a� âäîëü îñè
a íå èìååò àíîìàëèè ïðè Tl , ò.å. Px � 0 ( ).ba � 0 Çíà-
÷åíèå � a ðàñòåò ñ ìàãíèòíûì ïîëåì (Fig. 3,b [5]),
ò.å. ME ïîñòîÿííàÿ �a
0. Èç (3) ñëåäóåò, ÷òî
�
�
�
� � �a a a
a
a a a
H
M
b b M
� � �
�
( ) ( )
( )
,0 0
2
2
M M ba a a� � �
( )� 1 2 .
(8)
Âåëè÷èíû � �( )� èìåþò àíîìàëèþ (ðåçêèé ïèê),
åñëè b M� �� 2 0 (ñì. (7) è (8)). Ýòî óñëîâèå îçíà-
÷àåò ðàâåíñòâî ME è ÑÝ ýíåðãèé. Åñëè ïîñòîÿííàÿ
� íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû, òî âåëè÷èíà b M�1 2
òàêæå íå ìåíÿåòñÿ ñ òåìïåðàòóðîé. Âåëè÷èíà æå b�1
ïðîïîðöèîíàëüíà äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé, êî-
òîðàÿ, ñîãëàñíî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì
(Fig. 1,d [5]), íèæå Tl âäîëü a è c íàïðàâëåíèé ôàê-
òè÷åñêè íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Òàêèì îáðàçîì,
çíà÷åíèÿ Ma c, , ñîîòâåòñòâóþùèå ìàêñèìóìàì � a c, â
ïîëÿõ H Ma c a c m, ,� � �1 (5), òîæå íå äîëæíû èçìå-
íÿòüñÿ ñ òåìïåðàòóðîé. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå
(Figs. 3,a,b [5]) òàêîâû: 1) T = 9 Ê, H Ha c� � 5 Të;
2) T = 12 Ê, H Ha c� � 6 Të; 3) T = 15 Ê,
H Ha c� � 7 Të; 4) T = 18 Ê, H Ha c� � 8 Të. Äåé-
ñòâèòåëüíî, ñîãëàñíî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì
(Fig. 3,e [5]), ìàãíèòíûé ìîìåíò âî âñåõ ýòèõ ñëó÷à-
ÿõ îäèíàêîâûé, Mk B� 3 2, � íà îäíó ôîðìóëüíóþ
åäèíèöó. Ýòî ïîäòâåðæäàåò ïðåäïîëîæåíèå îá ýô-
ôåêòèâíîé ïåðåíîðìèðîâêå ÑÝ ýíåðãèè ME âçàèìî-
äåéñòâèåì. Çíà÷åíèå Mk îäíî è òî æå äëÿ � a è � c,
ò.å. Mk åñòü òî çíà÷åíèå ìàãíèòíîãî ìîìåíòà, ïî äîñ-
òèæåíèè êîòîðîãî â êðèñòàëëå ïðîèñõîäèò ôàçîâûé
ïåðåõîä.  ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêå TbMnO3 îáúåìîì
Vc � � �2 3 10 22 3, cì íàõîäÿòñÿ ÷åòûðå ôîðìóëüíûå
åäèíèöû, ò.å. êðèòè÷åñêàÿ ïëîòíîñòü ìàãíèòíîãî
ìîìåíòà M M Vk k c0
14� � . Çíà÷åíèÿ ïîñòîÿííûõ ba è
bc ìîæíî íàéòè èç äàííûõ î äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðî-
íèöàåìîñòÿõ (Fig. 1,d [5]), bc = 0,2, ba = –0,5. Òà-
êèì îáðàçîì, èìååì ñîîòíîøåíèÿ
b
b
c
a
c
a
�
�
�
, | | ,�ñ
c
k
b
M
� � � �
0
2
76 10 CÃÑÅ
�a � � �15 10 6, CÃÑE .
(9)
 ìàãíèòíîì ïîëå, íàïðàâëåííîì âäîëü îñè Y, â
ýíåðãèè ïîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èíâàðèàíòû,
êâàäðàòè÷íûå ïî ìàãíèòíûì ìîìåíòàì:
M A m A P M g P m g P M g P m gy z y z z y z z y z x y x x y x, , , , , .
Ïîÿâëåíèå èíâàðèàíòà M Ay z îçíà÷àåò âîçìîæ-
íîñòü ñîñòîÿíèÿ, â êîòîðîì A ïåðïåíäèêóëÿðíî H
(ñîñòîÿíèå II). Ïåðåõîä èç ñîñòîÿíèÿ I â ñîñòîÿíèå
II ïîä äåéñòâèåì ìàãíèòíîãî ïîëÿ åñòü ïîâîðîò A îò
îñè Y ê îñè Z. Ïîñëå ñïèíîâîé ïåðåîðèåíòàöèè â
ïîëå H = Hsf ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ âäîëü îñè
1128 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 10
È.E. ×óïèñ
Z, ñîçäàííàÿ Ay , îáðàùàåòñÿ â íóëü. Íî òàê êàê
ME ïîñòîÿííàÿ �a
0, òî ïîÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷å-
ñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ âäîëü îñè X, åñëè ìàãíèòíîå
ïîëå H > Ha :
P c H Hx m a a a� �
�
( )� 1 2 2 2 . (10)
 ñîñòîÿíèè II îòëè÷íû îò íóëÿ A = Az, M = My,
P = Px (Ay = Mz = Pz = 0). Äèýëåêòðè÷åñêàÿ
âîñïðèèì÷èâîñòü âäîëü îñè a îïðåäåëÿåòñÿ âûðà-
æåíèåì (2), ãäå b ba a� � �
0 0, � � . Åñëè H = 0,
òî � � � �
a ab( ) ( )0 1. Ñëåäîâàòåëüíî, âåëè÷èíà
f Ha a a� �
[ ( ) ( )] ( )� � �0 0 åñòü
f
M M
b M M
a
a a
�
�
� �
2 3
2 4
2 2
2 2( )( )�
, H > H
a
. (11)
Äëÿ H H Ha a� �
( )3 2 1 2 ôóíêöèÿ (11) ïîëîæè-
òåëüíà è îòðèöàòåëüíà, åñëè H Ha
( )3 2 1 2 . Òà-
êàÿ òåíäåíöèÿ â ïîâåäåíèè ôóíêöèè f, à òàêæå
êâàäðàòè÷íàÿ çàâèñèìîñòü �� a (8) îò H â ñëàáîì
ìàãíèòíîì ïîëå âèäíà íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé êðè-
âîé (Fig. 3,b [5]). Íàëè÷èå ïîðîãà â çàâèñèìîñòè
Px îò ìàãíèòíîãî ïîëÿ (10) òàêæå ïîäòâåðæäàåòñÿ
ýêñïåðèìåíòàëüíûìè êðèâûìè (Fig. 3,d [5]). Îäíà-
êî êîëè÷åñòâåííîå ñðàâíåíèå ñ ýêñïåðèìåíòàëüíû-
ìè äàííûìè çàòðóäíåíî èç-çà ãèñòåðåçèñà ïîëåâûõ
çàâèñèìîñòåé � è P. Ôàçîâûé ïåðåõîä èç ñîñòîÿíèÿ
I â ñîñòîÿíèå II ÿâëÿåòñÿ ïåðåõîäîì ïåðâîãî ðîäà.
Ïî-âèäèìîìó, ïîëÿ ñïèíîâîé ïåðåîðèåíòàöèè Hsf ,
èñ÷åçíîâåíèÿ Pz ( )Hc è ïîÿâëåíèÿ Px (Ha) íå î÷åíü
ðàçëè÷àþòñÿ. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ïîëåé Ha
è Hc îïðåäåëÿåòñÿ ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòüþ
� m , êîòîðàÿ çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàåò íèæå 18 Ê ïðè
ïðèáëèæåíèè ê òåìïåðàòóðå óïîðÿäî÷åíèÿ èîíîâ
Tb3� (Fig. 1,b [5]). Ïîýòîìó âåëè÷èíà ïîëÿ ïåðåõî-
äà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû, ÷òî è
íàáëþäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî (Fig. 4 [5]). Õîòÿ
ïåðâûé ðîä ôàçîâîãî ïåðåõîäà îò÷åòëèâî íàáëþäà-
åòñÿ â ÑÝ ïîäñèñòåìå, ìàãíèòíûé ìîìåíò íå èìååò
âèäèìûõ àíîìàëèé âäàëè îò T N� (Fig. 3,e [5]), òàê
êàê ÑÝ ýíåðãèÿ ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñ ìàãíèòíîé
ýíåðãèåé.  ðàññìîòðåííîì ñëó÷àå ME è ÑÝ ýíåð-
ãèè îäíîãî ïîðÿäêà. Ïîýòîìó ME âçàèìîäåéñòâèå
çíà÷èòåëüíî èçìåíÿåò ÑÝ ñîñòîÿíèå è ñëàáî — ìàã-
íèòíîå. Ïîñëå ïîÿâëåíèÿ Px � 0 âñëåäñòâèå ñóùåñò-
âîâàíèÿ èíâàðèàíòîâ P M g P m gx y x x y x, âîçíèêàåò
gx, ò.å. àíòèôåððîìàãíèòíûé âåêòîð èîíîâ òåðáèÿ
ïåðåîðèåíòèðóåòñÿ ê îñè X.
Òàêèì îáðàçîì, ïðîâåäåííîå ôåíîìåíîëîãè÷å-
ñêîå ðàññìîòðåíèå ïîêàçàëî âîçìîæíîñòü êîëîñ-
ñàëüíûõ èçìåíåíèé ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè è
äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé â íå î÷åíü áîëüøèõ
ìàãíèòíûõ ïîëÿõ âñëåäñòâèå ìåõàíèçìà ïåðåíîðìè-
ðîâêè, êîãäà ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîëÿðèçàöèÿ ìàëà è ÑÝ
è ME ýíåðãèè îäíîãî ïîðÿäêà. Ïðåäïîëîæåíèå î
ïåðåíîðìèðîâêå êà÷åñòâåííî ïîäòâåðæäåíî ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè â ñåãíåòîìàãíåòèêàõ
TbMnO3 è DyMn2O5. Ïðåäñêàçàíî ñóùåñòâîâàíèå
ñëàáîãî ôåððîìàãíèòíîãî ìîìåíòà âäîëü îñè Z â
TbMnO3 â ñîðàçìåðíîé ìàãíèòíîé ôàçå. Ïðåäïîëà-
ãàåòñÿ ( â ïðîòèâîïîëîæíîñòü ãèïîòåçå àâòîðîâ ðà-
áîòû [5]), ÷òî â áîëüøîì ìàãíèòíîì ïîëå ñíà÷àëà
ïðîèñõîäèò ïåðåîðèåíòàöèÿ ñïèíîâ èîíîâ Mn3+ (à
íå Tb3+) , à óæå çàòåì ïîÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïî-
ëÿðèçàöèÿ âäîëü îñè X è ïðîèñõîäèò ïåðåîðèåíòà-
öèÿ ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ Tb3+.
1. Ã.À. Ñìîëåíñêèé, È.Å. ×óïèñ, ÓÔÍ 137, 415
(1982).
2. Ë.Í. Áàòóðîâ, Á.È. Àëüøèí, Þ.Í. ßðìóõàìåäîâ,
ÔÒÒ 20, 2254 (1978).
3. T. Kimura, S. Kawamoto, I. Ymada, M. Azuma, M.
Takano, and Y. Tokura, Phys. Rev. B67, 180401
(2003).
4. N. Hur, S. Park, P.A. Sharma, S. Guha, S.-W. Che-
ong, Phys. Rev. Lett. 93, 107207 (2004).
5. T. Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka,
T. Arima, and Y. Tokura, Nature 426, 55 (2003).
6. T. Kimura et.al., Phys. Rev. B68, 060403 (R) (2003).
7. S. Quezel, F. Tcheou, J. Rossat-Mignot, G. Quezel,
and E. Roudaut, Physica 86-88, B916 (1977).
8. Å.À. Òóðîâ, À.Á. Êîë÷àíîâ, Â.Â. Ìåíüøåíèí, È.Ô.
Ìèðñàåâ, Â.Â. Íèêîëàåâ, Ñèììåòðèÿ è ôèçè÷åñêèå
ñâîéñòâà àíòèôåððîìàãíåòèêîâ, Ôèçìàòãèç, Ìîñê-
âà (2001).
9. Å.È. Ãîëîâåí÷èö, Í.Â. Ìîðîçîâ, Â.À. Ñàíèíà, Ë.Ì.
Ñàïîæíèêîâà, ÔÒÒ 34, 108 (1992).
10. J. Blasco, C. Ritter, J. Garsia, J.M. de Teresa, J.
Perez-Cacho, and M.R. Ibarra, Phys. Rev. B62, 5609
(2000).
Phenomenological treatment of the gigantic
magnetoelectric effect in some ferroelectromagnets
I.E. Chupis
It is shown that observed in DyMn2O5 and
TbMnO3 colossal changes of dielectric constant
and electric polarization with magnetic field are
possible in the ferroelectromagnets with close
magnetic and ferroelectric transition tempera-
tures and a small value of electric polarization.
The appearance of electric polarization in com-
mensurate magnetic state of TbMnO3 and the re-
orientation of electric polarization by magnetic
field was interpreted as a result of a
renormalization of the ferroelectric energy by the
magnetoelectric interaction. The existence of a
weak ferromagnetic moment along c-axis in
TbMnO3 commensurate phase was predicted.
Ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òðàêòîâêà ãèãàíòñêîãî ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 10 1129
|