Room-temperature spin reorientation transition and low-temperature significant magnetothermal effect in Mn-doped DyFeO3 single crystals

磁制冷 自旋电子学 材料科学 凝聚态物理 铁磁性 兴奋剂 反铁磁性 正交晶系 磁化 磁场 晶体结构 结晶学 化学 光电子学 物理 量子力学
作者
Wanting Yang,Haiyang Chen,Xiaoxuan Ma,Chenfei Shi,Huan Song,Zhiqiang Sun,Xiaofan Xu,Jinhu Yang,Baojuan Kang,Zhenjie Feng,Rongrong Jia,Shixun Cao
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (7): 12279-12286 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.01.132
摘要

Rare-earth orthoferrites (RFeO3) promise in spin storage and spin sensing, but the majority of the magnetic phase transition and intriguing properties occur at low temperatures. Searching for higher-temperature or even room-temperature spintronics devices has been a critical challenge in the development of spintronics. We doped Mn ions into Fe sites of DyFeO3 in 10%–50 % ratios to coexist antiferromagnetic and ferromagnetic coupling in the ab plane and elevate their spin reorientation transition (SRT) temperatures. The structural, magnetic, and magnetothermal properties of the Mn-doped DyFeO3 single-crystal system are investigated. With increasing doping ratio, the Néel temperature progressively falls, while the SRT temperature (TSR) continuously rises to the room temperature of 307 K with a 40 % doping ratio, making it promising for room-temperature spin storage devices. When the ratio reaches 50 % (half doping), the magnetic configuration of Dy sublattices changes and a significant magnetothermal effect is observed. Because of low-field metamagnetic phase transition, the magnetic entropy change along the c-axis approaches 10.41 J/kg·K for the half doping crystal at 5 K (0 J/kg·K for DyFeO3, 0.93 J/kg·K for orthorhombic DyMnO3). The large adiabatic temperature change contributed by magnon indicates the exceptional refrigeration efficiency in a direct way. Therefore, it is possible to convert DyFeO3 into a room-temperature spin storage device material or a magnetic refrigeration contender at low temperatures.
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