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Unique multiferroics with tunable ferroelastic transition in antiferromagnet Mn2V2O7
調變結構相轉變並證實多鐵材料Mn2V2O7存在鐵彈性
H. J. Chen, C. H. Yeh, T. W. Kuo, D. C. Kakarla*, H. C. Wu, T. W. Yen, S. M. Huang, H. Chou, M. C. Chou, H. W. Chen, S. W. Kuo, Y. C. Chuang(莊裕鈞), C. K. Chang(張仲凱), U. Eckstein, N. H. Khansur, K. G. Webber, and H. D. Yang* 
2022/07/07
Mn2V2O7磁性為TN=17K反鐵磁多鐵材料，具有類馬氏體結構相變(martensitic-like transformation)，高溫β相為高對稱性C2/m單斜晶系，低溫α相為低對稱性P1 ̅三斜晶系，透過摻雜與壓力進行物理特性研究，並證實結構相變為順彈-鐵彈性相變(paraelastic to ferroelastic phase transition)。室溫下，量測多晶樣品Mn2V2O7應力應變 (strain-stress loop)，不具遲滯曲線 (hysteresis loop)，近一步摻雜Co2+、Ni2+和Ca2+取代部分Mn2+，則發現摻雜Co2+、Ni2+具有遲滯現象，Ca2+則否。本研究使用TPS 19A(變溫XRD)及差示掃描量熱儀(DSC)進行結構分析，化學摻雜對材料內部壓力效應，其影響為摻雜Co、Ni能夠提高相變溫度，而摻雜Ca則使得相變溫度降低。變溫XRD確認了Co、Ni與Ca摻雜相變區間改變，進一步分析晶格結構，當Ca摻雜至10%時，主結構轉變為β相，但在低於80K時仍有約30%的α相存在。介電量測觀察到熱滯曲線隨著Ca摻雜濃度提高逐漸往低溫移動，且熱滯曲線逐漸變小，摻雜至15%時，熱滯曲線消失，材料僅存單一β相。磁性量測則隨著Ca摻雜濃度增加，熱滯曲線同樣往低溫區移動，與電性量測結果一致，且TN也隨著摻雜濃度提高而降低，摻雜濃度至10%時，此時主結構已為β相，TN轉變至27K，隨著摻雜濃度持續增加，TN同樣往低溫區移動，濃度摻雜至30%時，TN幾乎消失，材料的磁性從反鐵磁性轉變為順磁性。因此，透過參雜不同元素調控結構相變點，並證實低溫α相，同時存在鐵磁鐵電鐵彈三種多鐵特性，且該結構相變為鐵彈相變。