Realization of linear magnetoelectric effect in the Dirac magnon system Cu3TeO6

物理 磁性 磁化 凝聚态物理 反铁磁性 铁电性 铁磁性 马格农 结晶学 磁场 量子力学 电介质 化学
作者
Yongsen Tang,Lin Lin,G. Z. Zhou,Wenjing Zhai,Lin Huang,Junhu Zhang,Shuhan Zheng,Meifeng Liu,Z. B. Yan,Xiangping Jiang,Xing’ao Li,Jun‐Ming Liu
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (21) 被引量:7
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.214416
摘要

The three-dimensional antiferromagnet ${\mathrm{Cu}}_{3}{\mathrm{TeO}}_{6}$ has recently drawn significant attention due to the coexistence of Dirac and triply degenerated magnons. Herein, we report that ${\mathrm{Cu}}_{3}{\mathrm{TeO}}_{6}$, with cubic symmetry, exhibits novel spin-driven ferroelectric polarization ($P$) with a strong linear magnetoelectric (ME) coupling effect by comprehensive measurements in magnetization and electric polarization. The magnetic field ($H$)-induced polarization along x-, y-, and $z$-axes emerges below ${T}_{\mathrm{N}}\ensuremath{\sim}61\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{K}$, indicative of intrinsic coupling between magnetism and ferroelectricity in this cubic lattice. Our results reveal nine nonvanished components of a ME tensor, while only the ${P}_{x} (H//z), {P}_{y} (H//x)$, and ${P}_{z} (H//y)$ components display a remarkable linear response to $H$. In particular, we observe six ME states---namely, $(\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}{P}_{x},\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}{M}_{z}), (\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}{P}_{y},\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}{M}_{x})$, and $(\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}{P}_{z},\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}{M}_{y})$---that can be generated by applying an external magnetic field in a specific direction, and thus makes ${\mathrm{Cu}}_{3}{\mathrm{TeO}}_{6}$ a very appealing prototype in multifunctional applications. Our results point toward ${\mathrm{Cu}}_{3}{\mathrm{TeO}}_{6}$ as a new, linear ME material and may pave a way to exploring the rich ME response in the presence of a Dirac magnon in a highly symmetric crystal structure.
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