Reversibility of spin-induced electric polarization in multiferroic hexaferrites

多铁性 凝聚态物理 极化(电化学) 材料科学 极化密度 自旋(空气动力学) 物理 核磁共振 磁化 铁电性 光电子学 磁场 电介质 量子力学 热力学 物理化学 化学
作者
Shipeng Shen,Xinzhi Liu,Yisheng Chai,Andrew J. Studer,Congli He,Shouguo Wang,Young Sun
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:100 (13) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevb.100.134433
摘要

Hexaferrites with noncollinear conical magnetic structures are among the most interesting and promising single-phase multiferroics. One puzzle remaining unsolved is why the spin-induced electric polarization can be either reversible or nonreversible by applying magnetic fields. We have unraveled a solution to this puzzle by a systematic study in the multiferroic hexaferrite ${\mathrm{Ba}}_{0.3}{\mathrm{Sr}}_{1.7}{\mathrm{Co}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{11}{\mathrm{AlO}}_{22}$ where the electric polarization is reversible at low temperatures but nonreversible at high temperatures. Neutron diffraction results reveal that the rotation of spin cones with applied $ab$-plane magnetic field takes distinct paths at 150 and 305 K: in-plane and out-of-plane rotation, respectively. A theoretical analysis based on the spin current model confirms that the reversal of electric polarization is caused by the in-plane rotation. Our study clarifies the mechanism underlying the reversibility of spin-induced electric polarization in multiferroic hexaferrites.
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