Magnetoelectric Response in Low-Dimensional Frustrated Spin Systems

کنترل الکتریکی خواص مغناطیسی، یا برعکس، کنترل مغناطیسی خواص دی الکتریک در جامدات، یک اثر مغناطیسی الکتریک نامیده می شود و مدت هاست که از نقطه نظر فیزیک اساسی و کاربرد پتانسیل مورد بررسی قرار گرفته است. خواص مغناطیسی و دی الکتریک معمولاً حداقل جفت شدن را نشان می دهند، اما اخیراً کشف شده است که فروالکتریکی مغناطیسی القا شده در برخی از آهنرباهای مارپیچی پاسخ های مغناطیسی الکتریک بسیار بزرگ و همه کاره را امکان پذیر می کند. برای تثبیت چنین هلی مغناطیس، سرخوردگی مغناطیسی (رقابت بین فعل و انفعالات مغناطیسی مختلف) کلید در نظر گرفته می شود. در کار حاضر، دو مورد از معمول‌ترین سیستم‌های اسپین شکست خورده - ضد فرومغناطیس‌های شبکه مثلثی و آهن‌رباهای زنجیره‌ای مشترک لبه - به طور سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفته‌اند. علیرغم سادگی کریستالوگرافیک سیستم های هدف، پاسخ های مغناطیسی غنی در همه جا مشاهده می شود. نتایج کنونی منتشر شده در اینجا یک دستورالعمل مفید در جستجوی مواد جدید با عملکردهای مغناطیسی الکتریک منحصر به فرد ارائه می دهد و همچنین مبنای مهمی برای درک عمیق تر پدیده های مغناطیسی در سیستم های پیچیده تر ارائه می دهد.

Electric control of magnetic properties, or inversely, magnetic control of dielectric properties in solids, is called a magnetoelectric effect and has long been investigated from the point of view of both fundamental physics and potential application. Magnetic and dielectric properties usually show minimal coupling, but it recently has been discovered that magnetically induced ferroelectricity in some spiral magnets enables remarkably large and versatile magnetoelectric responses. To stabilize such helimagnetism, magnetic frustration (competition between different magnetic interactions) is considered the key. In the present work, two of the most typical frustrated spin systems—triangular lattice antiferromagnets and edge-shared chain magnets—have systematically been investigated. Despite the crystallographic simplicity of target systems, rich magnetoelectric responses are ubiquitously observed. The current results published here offer a useful guideline in the search for new materials with unique magnetoelectric functions, and also provide an important basis for a deeper understanding of magnetoelectric phenomena in more complex systems.