Solid State Communications,Vol. 5 pp. 139-142,1967.PergamonPressLtd. Printedin GreatBritain

UN NOUVEAU CORPSMAGNETO-ELECTRIQUE:LiMnPO4

M. Mercier et J. Gareyte

Laboratoired’ Electrostatiqueet de Physiquedu M~talB. P. 319, Grenoble,France

(Recule 22 D~cembre1966par E. F. Bertaut)

Les ope’rateursde sym~triecristallographiqueet magn~tlqueautorisentla presencede Peffetmagn~to-électriquedansLiMnPO4. L’exp~riencele confirme et les courbescta (T) et°aM(E = ) sonttrace’es.

L’EFFET magndto-electriquepróvuparLandau Il convientde noterque les grOUpesdeet Lifshitz’ et par Dzyaloshinskli

2a ~ mis en Shubnikovautorisant1’ effet magnéto-~lectriqUeJvidencepar Astrov3 sur Cr

303 et par Rado4 sontpeunombreux, 40 sur 1651.

dansFe~Ga2_~03

StructuremagnétiqueLorsquel’application d’un champ~lect-

rique induit un momentmagnetique,l’effet sera La lithiophilite LiMnPO4, cristallise dansnote (ME)E . Reciproquementlorsquel’appllcat- ]a structureolivine, orthorhombique. EUeion d’un champmagnétlqueinduit unepo]arisation appartientau grouped’espacePnma - (D ~) etélectrique,l’effet seranote (ME)H. sesparam~tressonta = 10,46A, b 6, 10 A,

0 ~50 ~~219 ~

• ~f3 f ç6~’27~~ ~ 550 ~ ®19

2 ‘.05281

~~81~c ~ ~b~0 ~ ~°

FIG. 1

Structuremagnétiquede LIMnPO4 d’apr’es

Newnham,Santoroet Redman.

139

140 UN NOUVEAU CORPSMAGNETO-ELECTRIQUE:LiMnPO4 Vol.5, No.2

c = 4,744 j5• Z = 4. Les courbesde suscept-2~z,2iy,IVecieur poIair’.2iz2~ IR ~‘ecI.~raxial

ibtllt~magnettqueenfonction de Ia temperature, — — — >‘ — — —

suivantles trois axesde la matlle, ont ét~ F’1(+ 4- +) Ax Gz [~(+ + +) Ax Gz

tracéesparBozorthet Kramer.6 LIMnPO4 eat — — A — _______ — A —

un antiferromagnétiquedontla temperaturede ‘2%4- 4-1 — Z. — i]~.+ — —

Ne~el,d’aprésMaya ~, est égale‘a TN = 34,85O~ • P3(— + -i-) Gx — Az F~(—+ +) Gx — Az

LeaatomesmagnettquesMn~sontsttués — — 2.!~ — —

sur les sites4c : I (x?Lz), U ~ UI (~x, I~(+.,-—) • Cy P5(++—)l,~+z), IV(4+x,~,~-z)avecx=0,278et nt — — —

z = 0,9719. La structuremagnétiqueélucidée ‘6~+ —— .~ — ~.L. ~ — —)

r~cemmentpar Newnhain,Santoroet Redman8 + —) Fy r7(— ±—) Fy(FIg. 1) appartlentau modeA8 dananosnotations. ( - — _______ — — —

La mallle magnétiqueestidentique‘a Ia maille —‘ -_~- — _!_ ~ — - —) ~- —

chimique. DanaIa notationde Shubntkovlegroupemagnetiques’ecrit,~ 2 :m

8 ou encore FIG 2Pu’m’a’.

PossibIlit~th~ortguede l’effet magneto-ET1 w148 491 m277 491 lSBTe e r que netiques(axtaux)et électriques

(polaires).La methodede Bertaut permetde —

prédireIa posstbilit~de Peffetmagnéto-élect- produits [A’~, = [2~ ] [A ] [2z ] et [A”] =

rique. Prenonslea quatrevecteurslinéaires [2,] [A’] [2,] . En comparant[A’] et [A”]danalea spins: a [A J on obtientle tenseurqui décrit l’effet

FS1+Su+Sm+Sw GS~Su+SmSiv

C’S1 +S1~- Sm - ~ A=S1 - S11 -

5m ~5IV

Danalea trois directionsdesaxescristallo- magnéto-électriquedanaLiMnPO4. Ainsi on

graphiquesappliquonsauxvecteursmagnétiques peutavoir trois coefficientsde suscepttbilit~(a.xtaux)Fm, Gm,Cm, Am, lea opérateurs“mag- magnêto-~lectriquedifferents suivant les troisnétlques” [2 ,], [2k,] et [JR.] et auxvecteurs directionsde la matile.électriques(po]airea)Fe, Ge, Ce, Ae lea opéra-tern’s “cristallographiques” [2 ~], [2 ~,] et [1] Preparationdescristauxde LiMnPO4qui restituentIa positiongén~rale8d. On peutainsi construireun tableau(Fig. 2) indiquanta Leacristauxde LiMnPO4 ont étéobtenusquellerepresentationappartiennentlea diverses par la méthodeZamboniniet Moloasi~

4completeecomposantesdes vecteurs. Leaopérateurs par les indicationsde. 8 IJn melangede ClLi,magnétiqueset cristallographiquesagissent PO

4Li3 et (P04)2 Mn3, chauffé‘a 900°et refroidirespectivementde la mémemanièresur lea lentement,permetd’obtenir de beauxcriatauxvecteursaxiauxet polatrea. On en déduitque orangesde plusieursmm. Deselectrodesfur-descomposanteaFim et Fie (avec i = x,y, z) ent fixes sur les deux facesparallelesd’unappartiennent‘a la mémerepresentation.Ainsi cristal talU~perpendiculairement‘a l’axe al’hamlltonien peutcontenirdesproduitsde la Leamesureaont eteeffectuéesa l’aide d’unformeame Fim Fie et le couplagemagneto- dispositif ‘a temperaturevariablede 1,5 °K aélectriqueeatpossibledans3 representations 330°K,ddcrit ailleurs. ~r6 pour i=z, F7pouri=yetenfinr8pour

= ~. Mesuresdeaa(T) aaM (E= )

D’une autremani~re (Fig. 3) on pent Nounavonsmesure’l’effet (ME)E enappliquerau tenseur[A ] décrivant1’ effet appliquantaucristal un champélectrique,alter-

magnéto-électriqueltnéaire, lea opérateurs natif ‘a 1 KHz, de 1900 V/cm de creteet en[2 ] et [2,]. L’ope’rateur [I ] laisse le mésurantle momentmagn~tIqueinduit. En 1’tenseurinvariant. On fait successivementles absencede champélectriquecontinuappliqueau

VoL 5,No.2 UN NOUVEAU CORPSMAGNETO-ELECTRIQUE:LIMnPO4 141

[A] (2z] J (2r] [A’) [A”]

1o,~ a~~ r~o o1Fr~0 ~ i~,~ o~r01, 0 ~1

031 0220231 ~o i a ~Ho 1 0 ~Q2l 022 0] 0 022

I FIG.3La31 032 09.1 [9 o I jjjo 0 lj 1.0 0 033 L Tenseurmagneto-eiectriquede L1MnPO4

0 0033J

211

o L~M~PO~‘60

oL

iol 0Oi0E 0

0

5~a.FIG.4U

Susceptibilitémagnéto-électrlqueaaen _______________________________________________fonction de Ia temperature. 0 20 • 30 ~b ‘rK

10

~0M(ju,.s orb

~ çkv~

Ff0.5Variationdu maximumde la ausceptiblittémagnéto-électrtque(aa ) max enfonctionduchampelectriquecontinu applique.

-10

142 UN NOUVEAU CORPSMAGNETO-ELECTRIQUE:LIMnPO4 Vol. 5,No.2

cristalbra du passagepar be pointde Néel, un effet (ME )~aur un échantillonde poudre. Ii en“effet” très fatble eatobservealoraque at on étaitde memepour Cr2 03 .

recommence1’ experienceavec 1000volts con- -

tlnus, parexemple,on observeIa courbetracee Noun représentons(Fig. 5) Ia variationsur la Fig. 4. On obtientunecourbeanalogue du maximumde aa soit CLaM enfonction de ina celle trouvéeparAstrov ~ sur 3 03. La valeuret dii signe dii champelectrtquecontinutemperaturede transittoneattrouvéeégale‘a appliquebra du passageau point de Néel. La38,4°Kcequtse situeentrelea temperatures valeurde CLaM pour E= = 1000v eatde trotsde Néel trouv~eapar Bozorth(420 K) 6 et Mays ‘a quatrefois plusfaible quecelleque noun avons(34, 85°K)? Vera lea bassestemperaturesCLa mesurédanaIa directionde l’axe ternaired’unparalta’annuleret non changerde aignecomme cristal equivalentde Cr203danale casde Cr203

Remerciements Cetravail apu étrerealiséNoun avons~ga1ementcbserv~un faible gracea l’aide de la D.R. M. E.

R~fe’rences

1. LANDAU L. D. et LIFSBITZ E.M., Electrodynamicsof continuousmedia,AddissonWisley, p. 119 (1960).

2. DZYALOSHINSKUI.E., J.E.T.P. 37, 881 (1959).

3. ASTROVD.N. J.E.T.P. 38, 984 (1960); j~, 729 (1961).

4. RADOG.T. Phya.Rev. Letters, 13, 335 (1964).

5. GELLER S. et DURAND J. L., ActaCryst. 13, 325 (1960).

6. BOZORTHR. M. et KRAMER V. J. Phys.Rad. 20, 393 (1959).

7. MAYS J.M. Phys. Rev. 131, 38 (1963).

8. NEWNHAM R. E., SANTORO R. P. et REDMAN M. J. J. Phys. Chem. Solids,

26, 445 (1965).

9. SHUBNIKOV A. V. et BELOV N. V. Coloredsymmetry, PergamonPress(1964).

10. BERTAUT E. F. Magnetism,UI, AcademicPress,p. 150 (1963).

11. BERTAUT E. F., et al. J. Phys. 27, 433 (1966).

12. DONNAY etal. Phys. Rev. 112, 1917 (1958).

13. KERN R. Coursde cristallographiephysique,Facultede Nancy, p. 129 (1962).

14. ZAMBONINI F. et MALOSSI L., Z. Kriat. 80, 442 (1931).

15. IMERCIER M. J. Phys. Appliqu~e(a parattre).

16. SHTRIKMAN S. et TREVES D. Phys. Rev.flQ, 986 (1963). • :1

Crystallographicandmagneticsymmetryoperatorsallow forthe presenceof the magneto-electriceffect in LIMnPO4 . Thepredictionis confirmedby experiment.CurvesCLa (T) andCLaM (E = ) areplotted.