Температурная и полевая эволюция кирального рассеяния в NdMn2O5: дифракция поляризованных нейтронов

Соединение NdMn₂O₅ принадлежит семейству мультиферроиков RMn₂O₅ (R - ион редкой земли); в этих соединениях ярко проявляется взаимосвязь магнитных и электрических свойств.

Методами дифракции поляризованных нейтронов, включая технику сферической нейтронной поляриметрии, проведены исследования температурной эволюции магнитной структуры NdMn₂O₅ и влияния на нее внешнего электрического поля.

Показано, что при температуре T_N = 30 K в соединении возникает магнитная структура с несоразмерным вектором k₁ = (0.5 0 k_z1), а при T ≈ 24 K появляется вторая магнитная фаза с близким по значению несоразмерным вектором структуры k₂ = (0.5 0 k_z2). Значения компонент k_z1 и k_z2 плавно нарастают при понижении температуры от 0.361(2) до 0.395(1) и от 0.344 (2) до 0.375 (2) соответственно. Наблюдался значительный температурный гистерезис. Так, в режиме охлаждения своего максимума компоненты k_z1 и k_z2 достигают при температуре 11 К, оставаясь постоянными при более низких температурах, тогда как в режиме нагрева k_z1 и k_z2 оставались неизменными вплоть до 20 К, уменьшаясь при дальнейшем повышении температуры.

Результаты измерений с помощью дифракции поляризованных нейтронов показывают, что в температурном диапазоне 20 K < T < 30 K в NdMn₂O₅ реализуется акиральная несоразмерная структура. При T < 20 K происходит переход в киральную магнитную фазу. Необходимо отметить, что при этой же температуре в NdMn₂O₅ наблюдается появление электрической поляризации. Приложением электрического поля удавалось изменить заселенность киральных доменов.

Анализ результатов проводится в рамках модели антисимметричного сверхобменного взаимодействия Дзялошинского-Мория, которое может приводить к неравновесной заселенности киральных доменов.