Особенности магнитного упорядочения мультиферроиков на основе оксида марганца тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Матвеева Анна Николаевна

• Матвеева Анна Николаевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Матвеева Анна Николаевна

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Магнетизм и сегнетоэлектричество в одном веществе: мультиферроики

1.2. Мультиферроики II рода - магнитные мультиферроики

1.3. Соединения RMnO3

1.3.1. Кристаллическая структура

1.3.2. Магнитная структура DyMnO3 и HoMnO3

1.3.3. Магнитоэлектрические взаимодействия в DyMnO3 и HoMnO3

1.4. Соединения RM^Os

1.4.1. Кристаллическая структура

1.4.2. Магнитная структура NdMn2O5, TbMn2O5

1.4.3. Магнитоэлектрические взаимодействия в NdMn2O5, TbMn2O5

Глава 2. Основная экспериментальная методика - дифракция нейтронов

2.1. Взаимодействие тепловых нейтронов с веществом

2.2. Ядерное взаимодействие нейтрона с веществом

2.3. Магнитное рассеяние нейтронов

2.4. Основы рассеяния поляризованных нейтронов

2.5. Методики исследований с поляризованными нейтронами

2.5.1. Рассеяния поляризованных нейтронов без анализа поляризации после образца

2.5.2. Продольный поляризационный анализ

2.5.3. XYZ-поляризационный анализ

2.5.4. Сферическая нейтронная поляриметрия

2.6. Экспериментальные установки

2.6.1. 4-х кружный дифрактометр на горячем источнике HEiDi

2.6.2. Дифрактометр поляризованных нейтронов POLI

2.6.3. Дифрактометр поляризованных нейтронов ДПН

Глава 3. Исследование магнитных свойств Nd(1-X)TbxMn2O5

3.1. Описание образцов Nd(1-x)TbxMn2O5

3.2. Экспериментальные результаты для NdMn2O5

3.2.1 Кристаллическая структура NdMn2O5

3.2.2. Температурная эволюция магнитной структуры КёМп205

3.2.3. Сферическая нейтронная поляриметрия

3.2.4. Измерение кирального рассеяния в электрических полях

3.2.5. Обсуждение полученных результатов и выводы к главе

3.3. Экспериментальные результаты для Шо.8ТЬо.2Мп205

3.3.1 Кристаллическая структура

3.3.2 Температурная эволюция магнитной структуры

3.3.3. Сферическая нейтронная поляриметрия

3.3.4. Измерения кирального рассеяния в электрических полях

3.3.6 Обсуждение полученных результатов и выводы к главе

Глава 4. Исследования магнитных свойств Dy(1-X)HoxMп03

4.1 Описание образцов и метод их синтеза

4.2. Полевые и температурные зависимости намагниченности Dy1.xHoxMп0з

4.3. Результаты нейтронных исследований DyMnOз, Dy0.8Ho0.2MпOз

4.3.1 Кристаллическая структура DyMnOз, Dy0.8Ho0.2MпOз

4.3.2 Температурная эволюция магнитной структуры DyMnO3

4.3.3. Температурная эволюция магнитной структуры Dy0.8Ho0.2MпO3

4.3.4 Сферическая нейтронная поляриметрия

4.3.5 Измерение кирального рассеяния в электрических полях

4.3.5. Определение магнитной структуры DyMnO3

4.3.6. Определение магнитной структуры Dy0.8Ho0.2MпO3

4.3.7. Обсуждение полученных результатов и выводы к главе

Благодарности

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности магнитного упорядочения мультиферроиков на основе оксида марганца»

Введение

В последние годы новые, нетривиальные эффекты обнаружены в мультиферроиках - материалах, в которых одновременно реализуется магнитное и сегнетоэлектрическое упорядочение. Особый интерес вызывают соединения, в которых электрическая поляризация возникает вследствие магнитного упорядочения - «несобственные» мультиферроики (или мультиферроики II типа) в связи с их необычными магнитоэлектрическими свойствами. В мультиферроиках II типа, помимо особенностей магнитных свойств, связанных с тем или иным типом упорядочения, проявляются новые явления, связанные с взаимодействием электрической и магнитной подсистем. Эта связь приводит к различным магнитоэлектрическим эффектам, вызывающим высокий научный интерес с точки зрения изучения фундаментальных явлений при взаимодействии разных параметров порядка. С другой стороны, подобные явления имеют высокий потенциал практического использования в различных областях спинтроники.

В этой связи, редкоземельные манганиты и манганаты ЯМп03 и КМп205 (Я - редкоземельный элемент), в которых электрическая поляризация индуцируется определенным видом магнитного упорядочения, привлекают большое внимание. Определение механизмов взаимодействия магнитной и электрической подсистем в мультиферроиках обеспечит перспективы создания функциональных материалов на их основе, и, в то же время, является одной из актуальных задач физики конденсированного состояния.

До сих пор исследовались, в основном, незамещенные, т.е. «чистые» манганиты и манганаты - мультиферроики, что чаще всего связано со сложностью синтеза таких материалов. Но и для «чистых» соединений проблемы, связанные с происхождением мультиферроизма в этом классе соединений до сих пор не решены. Сложность физических экспериментов, неоднозначность трактовки их результатов является причиной того, что

некоторые физические свойства данного класса соединений до сих пор не изучены.

В связи с этим, в качестве объектов исследований были выбраны как чистые, так и замещенные манганиты и манганаты. Мультиферроизм в этих соединениях во многом зависит от редкоземельного элемента. На первом этапе были выполнены исследования родительских ("чистых") соединений, затем были исследованы замещенные соединения, что позволило получить больше информации о влиянии редкоземельных ионов на магнитные и магнитоэлектрические свойства, поскольку мультиферроизм в этих соединениях во многом зависит от редкоземельного элемента.

Целью исследований является изучение на микроскопическом уровне магнитных свойств мультиферроиков Dy1.xHoxMп03 и Nd1-xTbxMn205, играющих важную, возможно, ключевую роль в корреляции магнитных, электрических, структурных свойств. Выяснение природы этих взаимодействий позволит, в свою очередь, открыть возможности создания новых функциональных материалов с заданными характеристиками. Для этого на микроскопическом уровне проведены исследования особенностей магнитных взаимодействий, глубокое понимание которых является необходимой и важной составляющей в определении механизмов мультиферроизма этих соединений.

Рассеяние нейтронов является наиболее эффективным и практически единственным прямым методом изучения магнитных свойств вещества на микроскопическом уровне. Поэтому для изучения магнитных свойств манганитов Dy1_xHoxMn03 и манганатов Ш^ТЬ^п^, в первую очередь, использовались методы рассеяния нейтронов, включая дифракцию поляризованных нейтронов и поляризационный анализ.

Научная новизна. Впервые обнаружено, что соединение NdMn205 является киральным, т. е., наблюдается разница в заселенности правых и левых спиралей. Были определены параметры эллиптичности в спиральной магнитной структуре и ее температурная эволюция в соединениях

хТЬхМп205. Впервые в соединении КёМд205 был обнаружен магнитный фазовый переход при 21 К из некиральной магнитной структуры в киральную магнитную структуру. Показана возможность управления киральностью магнитной структуры внешним полем в соединениях ^1-хТЬхМп205.

Подтверждена сильная связь марганцевой и редкоземельной подсистем в DyMnO3. Обнаружено сосуществование двух векторов распространения магнитной подсистемы диспрозия при низких температурах. Показано, что один вектор соответствует магнитному порядку, индуцированному подсистемой Мп, тогда как другой вектор соответствует собственному порядку в Dy подсистеме.

Впервые получена магнитная структура замещенного соединения Dy0.8Ho0.2MnO3. В соединении Dyo.8Hoo.2Mn03 замещение Dy на Но приводит к единому вектору распространения магнитной структуры как марганцевой, так и редкоземельной подсистемы.

Показано, что, тогда как в DyMnO3 магнитные моменты лежат в плоскости аЬ, в замещенном составе Dy0.8Ho0.2MnO3 появляется компонента вдоль с оси, т.е. характер редкоземельного магнитного упорядочения меняется.

Впервые показано влияние внешнего электрического поля на магнитную киральность в соединении Dy0.8Ho0.2MnO3.

Практическая значимость работы. Основной результат работы -получение новых знаний о физике магнетизма и о происхождении магнитоэлектрической связи в мультиферроиках-манганатах и манганитах. Полученная на основе наших экспериментов новая информация обладает общностью, без которой невозможно построение теоретических моделей несобственных мультиферроиков и прогнозирование создания новых функциональных материалов.

Кроме того, полученная информация, несомненно, будет востребована при создании новых поколений высокоэффективных устройств обработки

информации и новых способов управления параметрами устройств спинтроники.

Вклад автора

Автор принимал непосредственное участие в проведении нейтронных экспериментов, включая эксперименты с поляризованными нейтронами методом сферической нейтронной поляриметрии. Выполнил все расчеты кристаллических и магнитных структур, а также принимал непосредственное участие в расчетах заселенностей доменов с разной киральностью в различных магнитных фазах для ШМщ05, Ndl-xTbxMп205, DyMnOз, Dyl-xHoxMп0з.

Автор принимал активное участие в обсуждении результатов и написании научных статей.

Основные положения, выносимые на защиту

1. В формировании магнитного упорядочения орторомбических мультиферроиков на основе оксида марганца ШМп205, Nd0.8Tb0.2Mп2O5 заметную роль играет антисимметричное взаимодействие Дзялошинского-Мория ^М1). Обуславливая преимущественное направление вращения спиралей, DMI может рассматриваться как причина возникновения ферроэлектричества в NdMп205, Ndo.8Tbo.2Mn205.

2. Показана сильная связь марганцевой и редкоземельной подсистем в DyMnO3, Dy0.8Ho0.2MпO3. Эта связь более выражена в соединении DyMnO3, что приводит к двум магнитным состояниям - "контролируемому Mn", когда порядок в Dy подсистеме индуцируется порядком в Mn-подсистеме и "контролируемому Dy", когда собственный порядок в Dy-подсистеме модифицирует порядок в Mn-подсистеме. Магнитная структура DyMnO3 имеет особенность медленной релаксации, когда она переходит из состояния "контролируемого Dy" в состояние "контролируемого марганцем" в течение нескольких часов при температуре выше температуры спонтанного упорядочения редкоземельной системы Тш.

3. Специфическая геометрия обменных связей орторомбических мультиферроиков на основе оксида марганца ШМщ05, Ndo.8Tbo.2Mn205,

DyMnO3, Dy0.8Ho0.2MnO3 приводит к сосуществованию нескольких магнитоупорядоченных фаз с близкими энергиями и разными волновыми векторами, которые слабо отличаются.

4. Замещение Dy на Ho на уровне 20% меняет схему магнитных взаимодействий в Dy08Ho02MnO3 и приводит к ситуации, когда две магнитные подсистемы, марганцевая и редкоземельная, имеют когерентное несоразмерное пространственное распространение. Что, в свою очередь, обеспечивает ситуацию, благоприятную для генерации сегнетоэлектрической поляризации, возникающей как от обратного эффекта DMI в подсистеме Mn, так и от механизмов обменной стрикции от связи RE-Mn во всей температурной области циклоидального упорядочения.

Достоверность представленных результатов. Рассеяние нейтронов является прямым и наиболее достоверным методом изучения микроскопических магнитных свойств вещества. Метод дифракции нейтронов дает возможность детально исследовать магнитный порядок в кристаллах, а также узнать величину и направление магнитных моментов на конкретных ионах. При этом использование поляризованных нейтронов обеспечивает исключительную информацию о магнетизме исследуемых соединений.

Результаты наших нейтронных исследований хорошо коррелируют с макроскопическими измерениями.

Публикации

По данным диссертационной работы опубликовано 5 статей в рецензируемой периодической научной печати.

1. Zobkalo, I.A. Direct control of magnetic chirality in NdMn2O5 by external electric field / I.A. Zobkalo, A.N. Matveeva, A. Sazonov, S.N. Barilo, S.V. Shiryaev, B. Pedersen, V. Hutanu // Physical Review B. - 2020. - V. 101. - P. 064425;

2. Zobkalo, Igor. Magnetic phases and chirality control in magnetic multiferroics Nd0 8Tb02Mn2O5 by the neutron scattering / Igor Zobkalo,

Sergey Gavrilov, Anna Matveeva, Andrew Sazonov, Sergey Barilo, Sergey Shiryaev, Vladimir Hutanu // IEEE Transactions on Magnetics. - 2022. - V 58. - P. 1-6;

3. Matveeva, A.N. Complex interplay between 3d and 4f magnetic systems in multiferroic DyMnO3 / A.N. Matveeva, I. A. Zobkalo, M. Meven, A. Sazonov, A.L. Freidman, S.V. Semenov, M.I. Kolkov, K. Yu. K. Terentjev, N. S. Pavlovskiy, K. A. Shaykhutdinov, V. Hutanu. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2023 - V. 569. - 170415;

4. Матвеева, А. Н. Особенности магнетизма в Dyi-xHoxMnO3 / А. Н. Матвеева, И. А. Зобкало, А. Г. Пшеничная // Известия РАН. Серия физическая - 2023 - V. 87. - P. 562; Matveeva, A.N. Special Features of Magnetism in Dyi-xHoxMnO3 / A. N. Matveeva, I. A. Zobkalo, A. G. Pshenichnaia // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. -2023. - V. 87. - P. 492 - 497;

5. Matveeva, A.N. Magnetic ordering and chirality in multiferroic Dy1-xHOxMnO3 (x = 0.2) / A.N. Matveeva, I. A. Zobkalo, A. Sazonov, A.L. Freidman, S.V. Semenov, M.I. Kolkov, K. Yu. Terentjev, N. S. Pavlovskiy, K. A. Shaykhutdinov, V. Hutanu. // Physica B: Condens. Matter - 2023 -V. 658. - P. 414821.

Апробация

Результаты, полученные в работе, докладывались на следующих конференциях:

№ п/п Фамилия И. О. авторов публикации Заголовок публикации Выходные данные публикации (название издания, год, том, выпуск, номер страниц и т.п.)

1 2 3 4

1 I.A. Zobkalo, S.V. Gavrilov, A.N. Matveeva, A. Sazonov, V. Hutanu Chirality evolution in RMn2Ü5 IV International, collection of abstracts Workshop Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures, DMI 2017, Peterhof, 105-106.

2 I.A. Zobkalo, A.N. Matveeva Эволюция магнитной структуры NdMn2Ü5 Сборник тезисов докладов Национальной молодежной научной школы молодых ученых, аспирантов и студентов по современным методам исследования

наносистем и материалов, Россия, Москва 27 июня по 7 июля 2017 г. С. 64

3 I.A. Zobkalo, A.N. Matveeva Evolution of the ШМП2О5 magnetic structure Сборник тезисов IV ежегодного Молодежного научного форума Open Science, 15-17 ноября, 2017г. Гатчина, с. 40.

4 A.N. Matveeva, ,I.A. Zobkalo, M. Meven, A.Sazonov, V. Hutanu, Особенности магнетизма в Dyi-хНохМпОз Сборник тезисов конференции по использованию рассеяния нейтронов в конденсированных средах РНИКС - 2018, 17-21 сентября 2018 г. Санкт-Петербург, с. 91

5 АН. Матвеева , И. А. Зобкало Температурная и полевая эволюция кирального рассеяния в ШМП2О5 LII Школа ПИЯФ по физике конденсированного состояния (ФКС-2018), Санкт-Петербург, c 28

6 A.N. Matveeva, ,I.A. Zobkalo, A.Sazonov, V. Hutanu. Some aspects of the magnetism in Dyi-хНохМпОз ISCoC 53rd Course Magnetic Cristallography, Erice, Italy, 31 may - 9 june 2019, 2019, p. 255.

7 I.A. Zobkalo, A.N. Matveeva, S.V. Gavrilov, A.Sazonov, V. Hutanu. Control of magnetic chirality in Ndi-xTbxMn2O5 by external electric field European Conference on Neutron Scattering (ECNS 2019), 30 june 2019 - 5 July 2019, 2019, Saint Petersburg.

8 A.N. Matveeva, I.A. Zobkalo, A.Sazonov, V. Hutanu, M. Meven Some aspects of the magnetism in Dyi-xHOxMn03 European Conference on Neutron Scattering (ECNS 2019), 30 june 2019 - 5 July 2019, 2019, Saint Petersburg.

9 I.A. Zobkalo, A.N. Matveeva, A. Sazonov, V. Hutanu. On the 4f-3d coupling in orthomanganites Dyi-xHOxMnO3. V International Workshop Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures, DMI 2019, Petrozavodsk, 2019 г. с. 79-80.

10 A.N. Matveeva Some aspects of the magnetism in rare earth perovskite-like multiferroics 3d International Congress on Magnetism and Magnetic Materials & International Conference on Applied Physics and Mathematics, Barcelona, Spain, October 1617, 2019, p.19

11 A.N. Matveeva, ,I.A. Zobkalo, M. Meven, A.Sazonov, V. Hutanu, Особенности магнетизма в Dyi-xHoxMnO3 LIII Школа ПИЯФ по физике конденсированного состояния (ФКС-2019), Санкт-Петербург, c 25

12 A.N. Matveeva, ,I.A. Zobkalo, M. Meven, A.Sazonov, V. Hutanu, Some aspects of the magnetism in Dyi-xHOxMnO3 Italian School on Magnetism, Rome, Italy, February 03-07, 2020, p.19

13 A.N. Matveeva, ,I.A. Zobkalo, M. Meven, A.Sazonov, V. Hutanu, Особенности магнетизма в Dyi-xHoxMnO3 LIV Школа ПИЯФ по физике конденсированного состояния (ФКС-2020), Санкт-Петербург, 16-21 марта 2020, c 17

14 АН. Матвеева , И. А. Зобкало , M. Meven , A. Sazonov , V. Hutanu Сложное взаимодействие между магнитными системами 3d и 4f в мультиферроике Dy1- xHoxMnO3 (x=0, 0.24) Всероссийская научно-практическая конференция «Задачи и методы нейтронных исследований конденсированных сред», Государственный университет "Дубна" 2 и 3 декабря 2021 г.

15 Матвеева А.Н., Зобкало И.А., Meven Особенности магнетизма в Dyi-xHoxMnO3 Материалы международного семинара «Фазовые переходы и неоднородные

М., Sazonov А., НШапи V. состояния в оксидах», 4-8 июля 2022 года, Казань, Россия, с 69 (июль 2022)

16 Матвеева А.Н., Зобкало И.А. Особенности магнетизма в Dyl-xHoxMnOз Материалы X Международной научной Конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела» (APSSP-2023), Минск, 22-26 мая 2023 года

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Магнетизм и сегнетоэлектричество в одном веществе:

мультиферроики

Электрическое и магнитное упорядочения в твердых телах чаще всего рассматриваются отдельно и, вообще говоря, не без основания: если за зарядовые эффекты отвечают электрические заряды, то магнитные свойства определяются спинами электронов.

Сегнетоэлектричество и магнетизм, как правило, взаимно исключают друг друга, однако, есть случаи, где эти степени свободы связаны друг с другом. Первые предположения о существовании веществ, молекулы которых намагничиваются под действием электрического поля и электризуются под действием магнитного, высказал еще Пьер Кюри в 1894 году [1].

Однако реальные исследования в этой области начались после того, как в 1956 году Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц [2] конкретизировали понятие магнитоэлектрических (МЭ) материалов: так стали называться среды, симметрия которых допускает существование линейного магнитоэлектрического эффекта, т.е. возникновения электрической поляризации, пропорциональной магнитному полю, и намагниченности, пропорциональной электрическому полю (обратный МЭ-эффект):

М1 = ^ Е;

1 4п ;

ъ =

а

4п ]

(2)

где

М - намагниченность, Е - электрическое поле, Р - поляризация, Н - магнитное поле, щ - тензор МЭ-эффекта.

Вскоре после этого И.Е. Дзялошинский в 1959 г. теоретически предсказал существование МЭ-эффекта в Сг^3 [3], и через год Д.Н. Астров зафиксировал намагниченность, наведенную электрическим полем [4].

Новым поворотом в этом вопросе стало предположение о том, что кроме систем, в которых связь магнетизма и сегнетоэлектричества проявляется только под действием внешнего поля, могут существовать системы, где эта связь будет наблюдаться и в его отсутствие. Такие соединения обычно называют мулътиферроиками, хотя в общем случае этим термином обозначается более широкий класс соединений (рисунок 1). Термин «мультиферроик» первоначально был введен Гансом Шмидом [5] для обозначения среды, в которой одновременно присутствуют хотя бы два из трех названных видов упорядочения: 1) ферромагнетики (антиферромагнетики); 2) сегнетоэлектрики; 3) сегнетоэластики. Однако в настоящее время под мультиферроиками обычно подразумевают вещества с сосуществованием магнитного и сегнетоэлектрического упорядочения.

Рисунок 1 - Мулътиферроики [6]

На рисунке 1 представлены три класса «ферроупорядоченных» веществ: сегнетоэлектрики, ферромагнетики (антиферромагнетики), сегнетоэластики. Каждый из классов характеризуется соответствующими петлями гистерезиса: Р(Е), М(Н), а(в), где а, в - соответственно механическое напряжение и деформация. Желтым цветом обозначено пересечение хотя бы двух видов упорядочения. Можно сказать, что желтым цветом выделена область существования мультиферроиков.

Мультиферроики (МФ) делятся на две группы. В первую группу, мультиферроиков I типа, входят материалы, в которых сегнетоэлектричество и магнетизм имеют разные источники, они появляются при разных температурах и, вообще говоря, проявляются независимо друг от друга, хотя иногда наблюдается связь между ними. Первый тип МФ - это давно известные и наиболее многочисленные мультиферроики. Они часто являются хорошими сегнетоэлектриками, а их критические температуры магнитных и сегнетоэлектрических переходов могут быть значительно выше комнатной.

В таких материалах сегнетоэлектричество обычно проявляется при более высоких температурах, чем магнетизм, а спонтанная поляризация Р часто довольно велика (порядка 10-100 мкКл/см2). Например, BiFeO3 (TCE ~ 1100 K, Tn ~ 643 K, P ~ 90 мкКл/см2) и YMnCb (Tce ~ 914 K, TN ~ 76 K, P ~ 6 мкКл/см2).

Соединения, имеющие структуру перовскита или содержащие перовскитные структурные единицы, являются одними из наиболее перспективных кандидатов в функциональные мультиферроики. К перовскитам, в общем случае, относят сложные оксиды вида АВ03, где А -щелочной или щелочноземельный элемент, В - элемент переходного металла. В идеальной структуре перовскита атомы кислорода образуют вокруг В октаэдры В06, т.е. на шести вершинах находятся шесть атомов кислорода. Октаэдры, которые соединяются между собой по всем своим вершинам, считаются основной структурной единицей перовскитной структуры. Среди них есть множество магнитных материалов. Кроме того, структурой типа перовскита обладают сегнетоэлектрики (например, ВаТЮ3 или (РЬ7г)ТЮ3). Тем не менее, перовскитных соединений, в которых бы сосуществовали магнитные и сегнетоэлектрические свойства, не так уж много. Причиной этого служит то, что обычные сегнетоэлектрики содержат ионы переходных металлов с пустыми ё-оболочками (например, Т4+ в ВаТЮ3). Это обстоятельство как раз обеспечивает возникновение сегнетоэлектрического порядка за счет смещения из центра октаэдра. А для появления магнитного упорядочения необходимо наличие неспаренных ё-электронов - т.е. наличие частично заполненных ё-оболочек.

Эта так называемая «проблема ё0 против ёп» теоретически изучалась одной из первых в начале недавней вспышки интереса к мультиферроикам [7,8]. Хотя был достигнут определенный прогресс в базовых принципах, полного решения этой проблемы нет до сих пор [9]. Ответ может лежать в том, что взаимное исключение не есть «теорема», а вопрос чисел: в большинстве случаев магнитные ёп ионы расположены в центре О6 октаэдров, но могут быть случаи, когда это не так. Одним из способов решения этой проблемы может быть создание «смешанных» перовскитов с ё0 и ёп ионами (рисунок 2а). К сожалению, связь между магнитными и сегнетоэлектрическими подсистемами у «смешанных» перовскитов довольно слаба.

Этот и другие механизмы взаимодействия двух подсистем (магнитной и сегнетоэлектрической) показаны на рисунке 2:

Рисунок 2 - Различные микроскопические механизмы, обнаруженные в

мулътиферроиках I типа [10].

На рисунке 2а в «смешанных» перовскитах с ферроэлектрически активными ионами d0 (зеленые кружки) и магнитоактивными ионами dn (красные) смещение ионов d0 из центров октаэдров О6 (желтые четырехугольники) приводят к появлению поляризации (зеленые стрелки), которая сосуществует с магнитным упорядочением (красные стрелки) в октаэдрах с несмещенным dn ионом. В таких материалах, как BiFeO3 и PbVO3, (рисунок 2Ь) ионы Bi3+ и Pb2+(оранжевые) имеют два внешних 6s электрона, которые не участвуют в химических связях. Их называют неподелёнными парами (желтые «лепестки»). Именно их упорядочение вносит вклад в поляризацию (зеленая стрелка). В зарядово упорядоченной среде сосуществование неэквивалентных позиций с разными зарядами и неэквивалентные связи (длинные и короткие) приводят к ферроэлектричеству (рисунок 2с). «Геометрический» механизм, приводящий к поляризации в YMnO3 (Рисунок 2d) [11] объясняется искажением жестких блоков MnO5 (зеленый 5-угольник) с магнитным Mn (красный), остающимся в центре. Из-за этого искажения связи У-О образуют

диполи (желтые стрелки), и появляются два диполя «up» на один диполь «down», так что система становится ферроэлектрической (и мультиферроичной, когда спины Mn упорядочиваются при низких температурах).

1.2. Мультиферроики II рода - магнитные мультиферроики

В настоящее время большой интерес вызывают мультиферроики -соединения, у которых сегнетоэлектрические свойства зависят от состояния магнитной системы. Сегнетоэлектрическое упорядочение в них существует только в магнитоупорядоченном состоянии и обусловлено определенным типом магнитного порядка [12, 13]. Такие соединения относят к мультиферроикам II типа. Поляризация в этих материалах, как правило, значительно меньше (~10-2 мкКл/см2), чем для мультиферроиков I типа. Например, в ТЬМп03 магнитное упорядочение типа поперечная спиновая волна появляется при Тт = 41 К, а при Тт2 = 28 К магнитная структура изменяется на циклоиду. При этом ненулевая электрическая поляризация появляется только в низкотемпературной циклоидальной фазе. Подобное поведение встречается и в соединениях ЯМп205.

Открытие колоссального магнитоэлектрического эффекта в некоторых соединениях семейств сложных марганцевых оксидов ЯМп03 и ЯМп205 (в частности, с Я = ТЬ, Но или Dy) привело к повышенному интересу исследователей к семейству редкоземельных манганитов с общей формулой ЯМп03, и одновременно начался новый серьезный этап в исследовании магнитоэлектрического эффекта в целом. Несмотря на появление большого числа работ на эту тему, микроскопическая природа как возникновения спонтанной электрической поляризации, так и влияния магнитного поля на

диэлектрическую восприимчивость и электрическую поляризацию в указанных выше системах до конца не установлена. Для более полного выяснения специфики указанных механизмов необходимы дополнительные исследования взаимосвязи возможных магнитных состояний и электрических свойств указанных систем.

В ромбических манганитах-мультиферроиках ЯМп03 ^ = Gd - ТЬ) электрическая поляризация является результатом возникновения магнитного упорядочения, а в гексагональных ^ = Но - Lu, У) результатом структурного превращения [14].

В таких соединениях, помимо линейного МЭ-эффекта, наблюдаются нелинейные эффекты более высокого порядка [15].

Для большинства мультиферроиков второго типа, известных на сегодняшний день, сегнетоэлектричество появляется в сочетании со спиралевидной магнитной фазой, в основном циклоидного типа (рисунок 3а)

Рисунок 3 - Пространственно модулированные структуры в магнитных средах: а) спиновая циклоида; б) спиновый геликоид.

Так обстоит дело, например, в ТЬМп03, М3У206 и MnW04. В ТЬМп03 ниже = 41 К магнитная структура представляет собой синусоидальную волну спиновой плотности, где все спины указывают в одном направлении, но размер локального момента периодически меняется в пространстве (рисунок 4а). Ниже Тю = 28 К спины Мп упорядочены так, что своими кончиками повторяют циклоиду (рисунок 4б). При этой же температуре появляется электрическая поляризация [12].

Рисунок 4 - Магнитное упорядочение в ТЪМп03: а) ниже Тщ=41 К; б) ниже

Тт=28 К.

Katsura, Nagaosa и Balatsky [16], используя микроскопический подход, а Мостовой [17], используя феноменологический подход, показали, что для циклоидальной спирали поляризация определяется формулой:

Р ~ Гух^х^ ~ [к х П], (3)

где Гу - вектор, соединяющий соседние спины 81 и 8], к - волновой вектор, описывающий спираль, П ~ [81x8]] - ось вращения спина.

Микроскопический механизм этой поляризации связан со спин-орбитальным взаимодействием [15,18].

Отсюда следует, что для спинового геликоида (рисунок 4б) электрическая поляризация равна нулю. Также следует, что поляризация будет максимальной для спиновой циклоиды, а изменение направления вращения намагниченности в циклоиде, П—> -П, приводит к переключению поляризации: Р— -Р, что отлично согласуется с экспериментами [19,20].

Вывод формулы (3) предполагает такие виды симметрии, как простые кубические или тетрагональные. Однако, как недавно было показано Такахиза Аримой [14], этого может и не быть в случае другого вида симметрии: в этом

случае может возникнуть ненулевая поляризация даже для правильного спирального винта. Экспериментально такое явление наблюдалось в RbFe(Mo04)3 [21] и в других слоистых тригональных системах, таких как СиРе02 и АСг02 (А=Си, А^ Li, Ка) [22].

Другая группа мультиферроиков второго типа - это те, в которых сегнетоэлектричество проявляется в коллинеарных магнитных структурах, т.е. магнитные моменты в которых ориентированы вдоль определенной оси - без необходимости участия спин-орбитального взаимодействия. Поляризация может появляться в этих материалах как следствие обменной стрикции, поскольку магнитная связь меняется вместе с изменением расположения атомов. Простейший пример, найденный в Са3СоМп06 [23], соответствует изображению на рисунке 5.

Рисунок 5 - а) Упорядочение спинов. Атомные позиции в неискаженных цепях показаны пунктирными кругами. Поляризация показана красной стрелкой (Ь, с) Кристаллическая структура Ca3CoMnOб. Зеленые прямоугольники показывают кристаллографической ячейку [23]

Кристаллическая структура Са3СоМпОб представляет собой одномерные цепочки чередующихся ионов Со2+ и Мп4+. При высокой температуре расстояние между ионами цепочки остается постоянными, цепочка имеет инверсионную симметрию, поляризация отсутствует. Магнитное

упорядочение, возникающее при низких температурах, однако, нарушает инверсионную симметрию: спины образуют магнитную структуру типа |Щ. Вследствие обменной стрикции искажения ферро- и антиферромагнитных связей различны, материал становится сегнетоэлектриком. Теоретические расчеты [24] подтверждают эту картину. В случае Ca3CoMnO6 обменная стрикция возникает от ионов переходных металлов с различной валентностью (Co2+ и Mn4+). Можно получить тот же эффект даже для одинаковых магнитных ионов, если принять во внимание, что обмен в оксидах переходных металлов происходит через промежуточные ионы кислорода и зависит как от расстояния между ионами металла, так и от углов между связями металл-оксид металл.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Матвеева Анна Николаевна, 2024 год

Список литературы

1. Curie P. Sur la possibilité d'existence de la conductibilité magnétique et du magnétisme libre / P. Curie. // J. Phys. Theor. Appl. - 1894. - V. 3. - №. 1. -P. 415-417.

2. Landau L.D., Electrodynamics of Continuous Media / L.D. Landau, E.M. Lifshitz // Oxford: Pergamon Press. - 1984

3. Дзялошинский И. Б. К вопросу о магнитоэлектрическом эффекте в антиферромагнетиках / И. Б. Дзялошинский // ЖЭТФ.—1959.—T.37. - №. 3.

- С. 881-882.

4. Астров Д. Н. Магнитоэлектрический эффект в антиферромагнетиках / Д. Н. Астров // ЖЭТФ. - 1960. - Т. 38. - С. 984.

5. Schmid H. Multi-ferroic magnetoelectrics / H. Schmid // Ferroelectrics.

- 1994. - V. 162. - №. 1. - P. 317-338.

6. Исследование диэлектрических свойств сегнетомагнетиков BiFeO3: Дипломная работа / Имамов Назимю - микроэлектроника и твердотельная электроника. 2018. - c. 11.

7. Hill N. A. Why are there so few magnetic ferroelectrics? / N. A. Hill // The Journal of Physical Chemistry B. - 2000. - V. 104. - №. 29. - P. 6694-6709.

8. Khomskii D. Magnetism and ferroelectricity; why do they so seldom coexist? / D. Khomskii // APS Meeting Abstracts. - 2001. - V. 1

9. Khomskii D. I. Multiferroics: Different ways to combine magnetism and ferroelectricity / D. I. Khomskii // J. Magn. Magn. Mater. - 2006. - V 306. - P 1-8

10. Khomskii D. Classifying multiferroics: Mechanisms and effects. / Daniel Khomskii // II. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Zülpicher Strasse 77, 50937 Köln, Germany, March 9, 2009^ Physics 2, 20

11. Aken V. The origin of ferroelectricity in magnetoelectric YMnO3 / Bas B. Van Aken, Thomas T. M. Palstra, Alessio Filippetti and Nicola A. Spaldin // Nature materials. - 2004. - V. 3. - №. 3. - P. 164-170.

12. Kimura T. Magnetic control of ferroelectric polarization / T. Kimura T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka, T. Arima & Y. Tokura // Nature. - 2003. - V. 426. -P. 55

13. Hur N. Electric polarization reversal and memory in a multiferroic material induced by magnetic fields / N Hur, S Park, P A Sharma, J S Ahn, S Guha, S-W Cheong // Nature. - 2004. - V. 429. - №. 6990. - P. 392-395.

14. Arima T. Ferroelectricity induced by proper-screw type magnetic order / T. Arima // Journal of the Physical Society of Japan. - 2007. - V. 76. - №. 7.

15. Кадомцева А. М. Изучение особенностей магнитоэлектрического поведения семейства мультиферроиков RMn205 / А. М. Кадомцева, С.С. Кротов, Ю.Ф. Попов, Г.П. Воробьев. // Физика низких температур. - 2006. - Т. 32. - С. 933-953.

16. Katsura H., Spin current and magnetoelectric effect in noncollinear magnets / H. Katsura, N. Nagaosa, A. V. Balatsky // Phys. Rev. Lett. - 2005. - V. 95. - №. 5. - P. 057205.

17. Mostovoy M. Ferroelectricity in spiral magnets / M. Mostovoy // Phys. Rev. Lett. - 2006. - V. 96. - №. 6. - P. 067601.

18. Loidl A., Multiferroics / A. Loidl, H. von Loehneysen, G. M. Kalvius //Journal of Physics: Condensed Matter. - 2008. - V. 20. - №. 43. - P. 430301.

19. Милов Е. В. И др. Обнаружение переключения спонтанной электрической поляризации в мультиферроике DyMnO3 / Е. Милов А.М. Кадомцева, Г.П. Воробьев, Ю.Ф. Попов, В.Ю. Иванов, А.А. Мухин, А.М. Балбашов // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. -2007. - Т. 85. - №. 10. - С. 610-614.

20. Yamasaki Y. Electric control of spin helicity in a magnetic ferroelectric / Y. Yamasaki H. Sagayama, T. Goto, M. Matsuura, K. Hirota, T. Arima and Y. Tokura // Phys. Rev. Lett. - 2007. - V. 98. - №. 14. - P. 147204.

21. Kenzelmann M. Direct transition from a disordered to a multiferroic phase on a triangular lattice / M. Kenzelmann, G. Lawes, A.B. Harris, G. Gasparovic, C. Broholm, A.P. Ramirez, G.A. Jorge, M. Jaime, S. Park, Q. Huang, A.Ya. Shapiro, L.A. Demianets // Phys. Rev. Lett. - 2007. - V 98. - P 267205.

22. Kimura T., Inversion-symmetry breaking in the noncollinear magnetic phase of the triangular-lattice antiferromagnet CuFeO2 / T. Kimura, J. C. Lashley, A. P. Ramirez // Phys. Rev. B. - 2006. - V. 73. - №. 22. - P. 220401.

23. Choi Y. J. Ferroelectricity in an Ising chain magnet / Y. J. Choi, H. T. Yi, S. Lee, Q. Huang, V. Kiryukhin, and S.-W. Cheong // Phys. Rev. Lett. - 2008. -V. 100. - №. 4. - P. 047601.

24. Wu H. Ising Magnetism and Ferroelectricity in Ca3CoMnO6 / Hua Wu, T. Burnus, Z. Hu, C. Martin, A. Maignan, J. C. Cezar, A. Tanaka, N. B. Brookes, D. I. Khomskii, and L. H. Tjeng // Phys. Rev. Lett. - 2009. - V. 102. - №. 2. - P. 026404.

25. Bulaevskii L. N. Electronic orbital currents and polarization in Mott insulators / L. N. Bulaevskii and C. D. Batista, M. V. Mostovoy, D. I. Khomskii // Phys. Rev. B. - 2008. - V 78. - P 024402.

26. Béa1, H. Spintronics with multiferroics / H Béa1, M Gajek, M Bibes and A Barthélémy H. // J. Phys. Condens. Matter.—2008.—V.20.—P.434221.

27. Jia, Ch. Multiferroic oxides-based flash memory and spin-field-effect transistor / Ch.Jia, J.Berakdar // Appl. Phys. Lett.—2009.—V.95.—P.012105.

28. Datta, S. Electronic analog of the electro-optic modulator/ S. Datta, B. Das // Appl. Phys.Lett.—1990.—V.56.—P.665.

29. Yakel H. L. On the crystal structure of the manganese(III) trioxides of the heavy lanthanides and yttrium / H. L. Yakel, W. C. Kohler, E. F. Bertaud, and E. F. Forrat, Acta Crystallogr. - 1963. - V. 16. - P. 957.

30. Иванов В. Ю. Магнитные свойства и фазовые переходы в монокристаллах DyMnO3 гексагональной модификации / В.Ю. Иванов , А.А. Мухин, А.С. Прохоров, А.М. Балбашов, Л.Д. Исхакова. // ФТТ. - 2006. - Т. 48. - №9. - С. 1630.

31. Brinks H. Crystal and magnetic structure of orthorhombic HoMnO3 / H. W. Brinks, J. Rodriguez-Carvajal, H. Fjelvag A. Kjekshus and B. C. Hauback // Phys. Rev. B. - 2001. - V 63. - P 094411

32. Kimura T. Distorted perovskite with eg 1 configuration as a frustrated spin system / T. Kimura, S. Ishihara, h. Shintani, T. Arima, K. T. Takahashi, K. Ishizaka and Y. Tokura Phys. Rev. B. - 2003. - V 68. - P 060403

33. Goto T., Ferroelectricity and Giant Magnetocapacitance in Perovskite Rare-Earth Manganites / T. Goto, T. Kimura G. Lawes, A. P. Ramirez, Y. Tokura // Phys. Rev. Lett. - 2004. - V. 92. - P. 257201.

34. Kimura T. Magnetoelectric phase diagrams of orthorhombic RMnO3 (R=Gd, Tb, and Dy) / T. Kimura G. Lawes, T. Goto, Y. Tokura, A. P. Ramirez // Phys. Rev. B. - 2005. - V. 71. - P. 224425

35. Feyerherm, R. Magnetic-field induced effects on the electric polarization in RMnO3 (R=Dy,Gd) / R. Feyerherm, E. Dudzik, A. U. B. Wolter, S. Valencia, O. Prokhnenko, A. Maljuk, S., N. Aliouane, L. Bouchenoire, S. Brown, and D. N. Argyriou // Phys. Rev. B.—2009.—V.79.—P.134426.

36. Sugie H. Magnetic Ordering of Rare Earth Ions and Magnetic-Electric Interaction of Hexagonal RMnO3 (R=Ho, Er, Yb or Lu) / H. Sugie, N. Iwata, and K. Kohn // J. Phys. Soc. Japan. - 2002. - V 71. - P 1558.

37. Sergienko, Role of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in multiferroic perovskites/ I.A. Sergienko and E. Dagotto// Phys. Rev. B.—2006.— V.73.—P.094434.

38. Malashevich, A. First Principles Study of Improper Ferroelectricity in TbMnO3 / A. Malashevich and D. Vanderbilt // Phys. Rev. Lett.—2008.— V. 101.— P. 037210.

39. Xiang, H.J. Spin-Orbit Coupling and Ion Displacements in Multiferroic TbMnO3 / H.J. Xiang, Su-Huai Wei, M.-H. Whangbo, and Juarez L.F. Da Silva // Phys. Rev. Lett.—2008.—V. 101.—P.037209.

40. Kenzelmann, M. Magnetic Inversion Symmetry Breaking and Ferroelectricity in TbMnO3 / M. Kenzelmann, A. B. Harris, S. Jonas, C. Broholm,

J. Schefer, S. B. Kim, C. L. Zhang, S.-W. Cheong, O. P. Vajk, and J. W. Lynn // Phys. Rev. Lett.—2005.—V.95.—P.087206.

41. Sergienko, I.A. Ferroelectricity in the Magnetic E-Phase of Orthorhombic Perovskites / I. A. Sergienko, C. Sen, and E. Dagotto // Phys. Rev. Lett.— 2006.—V.97.—P.227204.

42. Picozzi, S. Dual Nature of Improper Ferroelectricity in a Magnetoelectric Multiferroic / S. Picozzi, K. Yamauchi, B. Sanyal, I. A. Sergienko, E. Dagotto // Phys. Rev. Lett.—2007.—V.99.—P.227201.

43. Alonso J.A. Evolution of the Jahn - Teller Distortion of MnO6 Octahedra in RMnCb Perovskites ( R ) Pr , Nd , Dy , Tb , Ho , Er , Y ): A Neutron Diffraction Study / Alonso J.A., Martínez-Lope M.J., Casais M.T., Fernández-Díaz M.T. // Inorganic Chemistry - 2000. - V. 39 - № 15 - P.917-923

44. Bousquet E. Non-collinear magnetism in multiferroic perovskites / Eric Bousquet and Andrés Cano. // J. Phys.: Condens. Matter. - 2016. - V. 28. - P. 123001 (28pp).

45. Feyerherm R. Commensurate Dy magnetic ordering associated with incommensurate lattice distortion in multiferroic DyMnO3 / Feyerherm R., Dudzik E., Aliouane N., Argyriou D.N. // Phys. Rev. B. - 2006. - V. 73 - № 18 - P.180401.

46. Prokhnenko O. Enhanced Ferroelectric Polarization by Induced Dy Spin Order in Multiferroic DyMnO3 / Prokhnenko O., Feyerherm R., Dudzik E., Landsgesell S., Aliouane N., Chapon L.C., Argyriou D.N. // Phys. Rev. Lett. - 2007. - V. 98 - № 5 - P.057206.

47. Finger T. Magnetic order and electromagnon excitations in DyMnO3 studied by neutron scattering experiments / Finger T., Binder K., Sidis Y., Maljuk A., Argyriou D.N., Braden M. // Phys. Rev. B. - 2014. - V. 90 - № 22 - P.224418.

48. Narayanan N. Subpicometer-scale atomic displacements and magnetic properties in the oxygen-isotope substituted multiferroic DyMnO3 / N. Narayanan, P. J. Graham, N. Reynolds, F. Li, P. Rovillain, J. Hester, J. Kimpton, M. Yethiraj, G. J. McIntyre, W. D. Hutchison, C. Ulrich. // Phys. Rev. B. - 2017. - V. 95. - P. 075154.

49. Munoz A. Complex Magnetism and Magnetic Structures of the Metastable HoMnO3 Perovskite / A. Munoz, M. T. Casais, J. A. Alonso, M. J. Martinez-Lope, J. L. Martinez, M. T. Fernandez-Diaz. // Inorg. Chem. - 2001. - V. 40. - P. 1020.

50. Senff D. Magnetic excitations in a cycloidal magnet: the magnon spectrum of multiferroic TbMnO3 / Senff D., Aliouane N., Argyriou D.N., Hiess A., Regnault L.P., Link P., Hradil K., Sidis Y., Braden M. // Journal of Physics: Condensed Matter - 2008. - V. 20 - № 43 - P.434212.

51. Schiebl M. Order-disorder type critical behavior at the magnetoelectric phase transition in multiferroic DyMnO3 / Schiebl M., Shuvaev A., Pimenov A., Johnstone G.E., Dziom V., Mukhin A.A., Ivanov V.Y., Pimenov A. // Phys. Rev. B.

- 2015. - V. 91 - № 22 - P.224205.

52. Lorenz B. Ferroelectricity in perovskite HoMnO3 and YMnO3 / Bernd Lorenz, Ya-Qi Wang, and Ching-Wu Chu // Phys. Rev. B. - 2007. - V 76. - P 104405

53. Mochizuki, M., Spin Model of Magnetostrictions in Multiferroic Mn Perovskites. / M. Mochizuki, N. Furukawa, & N. Nagaosa, // Phys. Rev. Lett. -2010.

- V 105. - P 037205.

54. Zhang, N. Multiferroic phase diagram of Y partially substituted Dyi-xYxMnO3. / N. Zhang, S. Dong, G. Q. Zhang, L. Lin, Y. Y. Guo, J.-M.

Liu, and Z. F. Ren // Appl. Phys. Lett. - 2011. -V. 98. - P. 012510.

55. Zhang, N. Ho substitution suppresses collinear Dy spin order and enhances polarization in DyMnO3. / N. Zhang, Y. Y. Guo, L. Lin, S. Dong, Z. B. Yan, X. G. Li, and J.-M. Liu // Appl. Phys. Lett. - 2011. - V 99. - P 102509.

56. Zhang, N. Ferroelectricity generated by spin-orbit and spin-lattice couplings in multiferroic DyMnO3. / N. Zhang, S. Dong, & J.-M. Liu // Front. Phys.

- 2012. - V 7. - P 408-417.

57. Lee, N. Mechanism of exchange striction of ferroelectricity in multiferroic orthorhombic HoMnO3 single crystals. / N. Lee, Y. J. Choi, M.

Ramazanoglu, W. Ratcliff II, V. Kiryukhin, and S.-W. Cheong // Phys. Rev. B. -2011. - V 84. - P 020101(R).

58. Chapon L. C. Structural Anomalies and Multiferroic Behavior in Magnetically Frustrated TbM^Os / L. C. Chapon G. R. Blake, M. J. Gutmann, S. Park, N. Hur, P.G. Radaelli, and S-W. Cheong // Phys. Rev. Lett. - 2004. - V. 93. -№. 17. - P. 177402.

59. Ratcliff W. Magnetic phase diagram of the colossal magnetoelectric DyMn2O5 / W.Ratcliff, V.Kiryuchin, M.Kenzelmann, S.-H. Lee, R.Erwin, J.Schefer, N.Hur, S.Park, S.-W. Cheong. Phys. Rev. B. - 2005. - № 72. - P. 060407

60. Blake G. R. Spin structure and magnetic frustration in multiferroic RMn2Os (R= Tb, Ho, Dy) / G. R. Blake L. C. Chapon, P. G. Radaelli, S. Park, N. Hur, S-W. Cheong, and J. Rodríguez-Carvajal // Phys. Rev. B. - 2005. - V. 71. -№. 21. - P. 214402.

61. Munoz A. Magnetic structure and properties of BiMn2O5 oxide: A neutron diffraction study / A. Munoz, J. A. Alonso, M. T. Casais, M. J. Marti'nez-Lope, and J. L. Marti'nez, M. T. Fernandez-Diaz, // Phys. Rev. B. - 2002. - № 65. -P 144423.

62. Polyakov V. Coupled magnetic and structural transitions in EuM^Os as studied by neutron difraction and three-dimensional polarization analysis / V. Polyakov, V. Plakhty, M. Bonnet, P. Burlet, L.-P. Regnault, S. Gavrilov, I. Zobkalo,

0. Smirnov. // Physica B. - 2001. - V 297. - P 2008

63. Kagomia I. Lattice Distortion at Ferroelectric Transition of YMn2O5. /

1. Kagomia, S. Matsumoto, K. Kohn, Y. Fukuda, T. Shoubu, H. Kimura, Y. Nida, N. Ikeda. // Ferroelectrics. - 2003. - V 286. - P. 167.

64. Baledent V., Evidence for Room Temperature Electric Polarization in RMn2O5 Multiferroics / V. Baledent, S. Chattopadhyay, P. Fertey, M.B. Lepetit, M. Greenblatt, B. Wanklyn, F.O. Saouma, J.I. Jang, P. Foury-Leylekian. // Phys. Rev. Lett. - 2015. - V 114. - P 117601

65. Volkova L. M. Crystal chemistry aspects of the magnetically induced ferroelectricity in TbM^Os and BiM^Os / L. M. Volkova, D. V. Marinin. // J. Phys. : Condens. Matter. - 2009. - V. 21. - P. 015903.

66. Buisson G. Ordre hélimagnétique du manganèse dans la série TMn2Os / G. Buisson // physica status solidi (a). - 1973. - V. 16. - №. 2. - P. 533-543.

67. Chattopadhyay S. Evidence of multiferroicity in NdMn2O5 / S. Chattopadhyay, V. Baledent, F. Damay, A. Gukasov, E. Moshopoulou, P. Auban-Senzier, C. Pasquier, G. Andr'e, F. Porcher, E. Elkaim, C. Doubrovsky, M. Greenblatt, and P. Foury-Leylekian. // Phys. Rev. B. - 2016. - V. 93. - P. 104406.

68. Zobkalo I. A. Magnetic ordering in NdMn2O5 studied by the neutron diffraction / I. A. Zobkalo, S. V. Gavrilov, N.Z.SawNyi, S.N.Barilo, S.V.Shiryaev. // J. Magn. Magn. Mater. - 2014. - V. 354. - P. 85

69. Chadwick, James. Possible existence of a neutron. / J. Chadwick // Nature. -1932. - V. 129. - P. 3252.

70. Ахиезер А. И. Некоторые вопросы теории ядра. / А. И. Ахиезер, И. Померанчук;. - Гос. изд-во технико-теорет. лит-ры, 1950.

71. Гуревич И.И. Физика нейтронов низких энергий. / И.И. Гуревич и Л. В. Тарасов; под ред. В.Д. Козлов. - Москва: наука, 1965. - С. 608.

72. Изюмов Ю.А. Магнитная нейтронография. / Ю.А. Изюмов, Р.П. Озеров, серия «физико-математическая библиотека инженера», М., 1966 г., 532 стр.

73. Зобкало И.А Дифракция поляризованных нейтронов в исследованиях на монокристаллах / И.А Зобкало // Кристаллография. - 2021. -Т. 66. - N. 2. - C. 214 - 229

74. Малеев С.В. О рассеянии медленных нейтронов на сложных магнитных структурах / С.В. Малеев, В.Г. Барьяхтар, Р.А. Сурис // Физика Твердого Тела. - 1962. - № 4. - C.3461.

75. Blume M. Polarization Effects in the Magnetic Elastic Scattering of Slow Neutrons / M. Blume // Phys. Rev. - 1963. - V 130. - P. 1670.

76. Moon R. M. Polarization Analysis of Thermal-Neutron Scattering / R. M. Moon, T. Riste, W. C. Koehler // Phys. Rev. - 1969. - V. 181. - P. 920.

77. Zobkalo I.A. Polarized Neutron Scattering Investigation of Successive Magnetic Phase Transitions in Nd2CuO4 and Nd2-xCexCuO4 / I.A. Zobkalo, A.G. Gukasov, S.Yu. Kokovin, V.P. Plakhty, S.N. Barilo, D.I. Zhigunov // Sol. St. Com. - 1991. - V. 80. - P. 921.

78. Tasset F. Zero field neutron polarimetry / F. Tasset // Physica B: Condenced Matter. -1989. - V. 156-157.- P. 627.

79. Meven M. Single crystal diffractometer on hot source [электронный ресурс] / Martin Meven // The Heinz Maier-Leibnitz Zentrum -At the Forefront of Neutron Research. - режим доступа: https://mlz-garching.de/heidi

80. Xu J. Polarized hot neutron diffractometer / Jianhui Xu //The Heinz Maier-Leibnitz Zentrum -At the Forefront of Neutron Research. - режим доступа: https ://mlz-garching.de/poli

81. Zobkalo, I.A. Direct control of magnetic chirality in NdMn2O5 by external electric field / I.A. Zobkalo, A.N. Matveeva, A. Sazonov, S.N. Barilo, S.V. Shiryaev, B. Pedersen, V. Hutanu // Phys. Rev. B. - 2020. - V. 101. - P. 064425;

82. Zobkalo, Igor. Magnetic phases and chirality control in magnetic multiferroics Nd08Tb02Mn2O5 by the neutron scattering / Igor Zobkalo, Sergey Gavrilov, Anna Matveeva, Andrew Sazonov, Sergey Barilo, Sergey Shiryaev, Vladimir Hutanu // IEEE Transactions on Magnetics. - 2022. - V. 58. - P. 1-6;

83. Исследование магнитных свойств мультиферроиков на основе оксида марганца: научный доклад / Матвеева А.Н. - Гатчина: Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». 2021. - 30с.

84. Gukasov A. G. Cross-correlation polarized neutron spectrometer / A.G. Gukasov, V.P. Plakhty, V.A. Polyakov, I.A. Zobkalo // Physica B: Condensed Matter. - 1992. - V. 180-181. - P. 1007-1010

85. Hutanu V. POLI: Polarised hot neutron diffractometer / V. Hutanu // Journal of large-scale research facilities. - 2015. -V 1. - A16.

86. Rodriguez-Carvajal J. Recent advances in magnetic structure determination by neutron powder diffraction / J. Rodriguez-Carvajal // Physica B. -1993. - V. 192. - № 1-2. - P. 55.

87. Alonso J. A. A structural study from neutron diffraction data and magnetic properties of RM^Os (R = La, rare earth) / J. A. Alonso, M. T. Casais, M. J. Martinez-Lope, J. L. Martinez, M. T. Fernandez-Diaz. // J. Phys.: Condens. Matter. - 1997. -V. 9. - P. 8515

88. Chattopadhyay S. Thermodynamic and neutron diffraction studies on multiferroic NdMn2O5 / S. Chattopadhyay, V. Balédent, P. Auban-Senzier, C. Pasquier,C. Doubrovsky, M. Greenblatt, and P. Foury-Leylekian // Physica B. -2015. - № 460. - P. 214.

89. Mansouri S., Probing the role of Nd3+ ions in the weak multiferroic character of NdMn2O5 by optical spectroscopies / S. Mansouri, S. Jandl, M. Balli, P. Fournier, B. Roberge, M. Orlita, I. A. Zobkalo, S.N. Barilo, S.V. Shiryaev Physical Review B. - 2018. - V. 98. - P. 205119

90. Zobkalo I A, Investigation of TbMn2O5 by polarized neutron diffraction / I A Zobkalo, S V Gavrilov, A Sazonov and V Hutanu. // J. Phys.: Condens. Matter. - 2018. -V. 30. -P. 205804 (9pp)

91. Keffer F. Moriya Interaction and the Problem of the Spin Arrangements in ßMnS. / Frederic Keffer // Phys. Rev. - 1962. - V. 126. - P. 896

92. Moskvin, A. S. Some peculiarities of exchange interactions in orthoferrite-orthochromites. / A. S. Moskvin, & I. G. Bostrem, // Sov. Phys. Solid State. - 1977. - V. 19. - P. 1532.

93. Arima T. Collinear to Spiral Spin Transformation without Changing the Modulation Wavelength upon Ferroelectric Transition in Tb1-xDyxMnO3 / T. Arima, A. Tokunaga, T. Goto, H. Kimura, Y. Noda, and Y. Tokura, // Phys. Rev. Lett. - 2006. - V 96. - P 097202.

94. Anderson P. W. Magnetism / P. W. Anderson; edited by G. T. Rado and H. Suhl. - Academic Press, New York, 1963. - Chap. 2.- pp. 25-83.

95. Зобкало И. А. Температурный гистерезис магнитных фазовых переходов в Tb(i-x)CexMn2O5 (x = 0, 0.2, 0.25) / И. А. Зобкало, С.В. Гаврилов, В.А. Санина, Е.И. Головенчиц // ФТТ. - 2014. - Т. 56. - N. 1. - С. 57.

96. Zobkalo I. A. Magnetic ordering in NdM^Os studied by the neutron diffraction / I. A. Zobkalo, S. V. Gavrilov, N.Z.SawNyi, S.N.Barilo, S.V.Shiryaev. // J. Magn. Magn. Mater. - 2014. - V 354. - P 85

97. Brown P. J. Neutron Scattering from Magnetic Materials / P. J. Brown and T. Chatterji; Elsevier Science, Amsterdam, 2006. - pp. 215-244.

98. Chatterji T., Field dependence of the magnetic structure of TbMn2O5 / T. Chatterji, P. J. Brown. // J. Appl. Phys. - 2014. - V. 116 - P. 203904.

99. Noda Y. Magnetic and ferroelectric properties of multiferroic RMn2O5 / Y Noda, H Kimura, M Fukunaga, S Kobayashi, I Kagomiya and K Kohn //J. Phys.: Condens. Matter.- 2008. - V. 20. - P. 434206.

100. Ishiwata, S. Perovskite manganites hosting versatile multiferroic phases with symmetric and antisymmetric exchange strictions. / Yoshio Kaneko, Yusuke Tokunaga, Yasujiro Taguchi, Taka-hisa Arima, and Yoshinori Tokura // Phys. Rev. B. - 2010. - V. 81. - P. 100411(R).

101. Matveeva, A.N. Magnetic ordering and chirality in multiferroic Dy1-xHoxMnO3 (x = 0.2) / A.N. Matveeva, I. A. Zobkalo, A. Sazonov, A.L. Freidman, S.V. Semenov, M.I. Kolkov, K. Yu. Terentjev, N. S. Pavlovskiy, K. A. Shaykhutdinov, V. Hutanu. // Physica B: Condens. Matter - 2023 - V. 658. - P. 414821.

102. Matveeva, A.N. Complex interplay between 3d and 4f magnetic systems in multiferroic DyMnO3 / A.N. Matveeva, I. A. Zobkalo, M. Meven, A. Sazonov, A.L. Freidman, S.V. Semenov, M.I. Kolkov, K. Yu. K. Terentjev, N. S. Pavlovskiy, K. A. Shaykhutdinov, V. Hutanu. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2023 - V. 569. - P. 170415.

103. Fiebig M. Revival of the magnetoelectric effect / M. Fiebig // Phys. D: Appl. Phys. - 2005. - V. 38. - P. R123.

104. Tokura Y. Multiferroics as Quantum Electromagnets / Y. Tokura // Science. - 2006. - V. 312. - P. 1481.

105. Strempfer J. Absence of commensurate ordering at the polarization flop transition in multiferroic DyMnO3 / J. Strempfer, B. Bohnenbuck, M. Mostovoy, N. Aliouane, D. N. Argyriou, F. Schrettle, J. Hemberger, A. Krimmel, and M. v. Zimmermann // Phys. Rev. B. - 2007. - V. 75. - P. 212402.

106. Bertaut E. Magnetism / E. Bertaut, G. Rado and H. Suhl. - New York: Academic Press, 1963. - V. 3.- P. 146.

107. Stein J. Control of multiferroic domains by external electric fields in TbMnO3 / J. Stein, M. Baum, S. Holbein, T. Cronert, V. Hutanu, A. C. Komarek, M. Braden. J. Phys.: Condens. Matter. - 2015. - V. 27. - P. 446001.

108. Matsubara M. Magnetoelectric domain control in multiferroic TbMnO3 / M. Matsubara, S. Manz, M. Mochizuki, T. Kubacka, A. Iyama, N. Aliouane, T. Kimura, S. L. Johnson, D. Meier, M. Fiebig // Science .- 2015. - V. 348. - № 6239.

- P. 1112.

109. Baum M.M., Neutron-Scattering Studies on Chiral Multiferroics PhD Thesis / M.M. Baum. - University of Cologne, Germany, 2013. - P. 143.

110. Milov E. V. Switching of spontaneous electric polarization in the DyMnO3 multiferroic / E. V. Milov, A. M. Kadomtseva, G. P. Vorob'ev, Yu. F. Popov, V. Yu. Ivanov, A. A. Mukhin & A. M. Balbashov // JETP Letters. - 2007. -V. 85. - P. 503.

111. Magesh J. Ferroelectric ordering and magnetoelectric effect of pristine and Ho-doped orthorhombic DyMnO3 by dielectric studies / J. Magesh, P. Murugavel, R. V. K. Mangalam, K. Singh, Ch. Simon, W. Prellier. // Journal of Applied Physics. - 2015. - V. 118. - P. 074102.

112. Матвеева, А. Н. Особенности магнетизма в Dyi-xHoxMnO3 / А. Н. Матвеева, И. А. Зобкало, А. Г. Пшеничная // Известия РАН. Серия физическая

- 2023 - V. 87. - P. 562;

113. Zhang N. Phase transition and phase separation in multiferroic orthorhombic Dy1-xHoxMnO3 (0 < x < 1) / N. Zhang, S. Dong, Z. Fu, Z. Yan, F.

Chang, J. Liu. // Sci.Rep. - 2014. - V. 4. - P. 6506.