Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (2), 208–215
Symmetry-based prediction of the type-II multiferroics with pyrochlore structure
Valeriy M. Talanov – Platov South-Russian State Polytechnic University, Novocherkassk, Russia; valtalanov@mail.ru
Mikhail V. Talanov – Platov South-Russian State Polytechnic University, Novocherkassk; Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia; mvtalanov@gmail.com
Vladimir B. Shirokov – Platov South-Russian State Polytechnic University, Novocherkassk; Southern Federal University, Rostov-on-Don; Southern Scientific Center of Russian Academy of Sciences, Rostov-on-Don, Russia; shirokov.ssc@gmail.com
Corresponding author: Valeriy M. Talanov, valtalanov@mail.ru
PACS 05.70.Fh; 61.50.Ah; 61.50.Ks; 61.66.Fn
DOI 10.17586/2220-8054-2023-14-2-208-215
ABSTRACT Based on the symmetry related concept of the group theory we predict two structures with enantiomorphic space groups PI43 and PI41. These phases arise as a result of spin ordering on 16d Wyckoff position in crystals with space group F d3m. It is shown that PI43 and PI41 hypothetical magnetic structures are multiferroics of type II. The ferroelectric polarization emerges through a mechanism of the hybrid improper ferroelectricity allowing trilinear coupling of polarization and two other antiferromagnetic order parameters. In addition to improper ferroelectricity, the symmetry analysis proves the possible coexistence of other improper ferroic orders including orbital, ferroelastic, ferroelastoelectric, ferrobielastic, optical, ferroaxial, ferrotoroidic, gyrotropic and other crystal freedom degrees.
KEYWORDS spin order, multiferroics, improper ferroelectrics, trilinear coupling, multi-order state, secondary ferroics.
ACKNOWLEDGEMENTS The reported study was funded by Russian Science Foundation (RSF)-research projects No. 22-22- 00183, https://rscf.ru/project/22-22-00183/
FOR CITATION Talanov V.M., Talanov M.V., Shirokov V.B. Symmetry-based prediction of the type-II multiferroics with pyrochlore structure. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (2), 208–215.
[In Russian] Валерий М. Таланов, Михаил В. Таланов, Владимир Б. Широков
Симметрийный прогноз мультиферроиков II-го типа со структурой пирохлора
АННОТАЦИЯ Основываясь на симметрийных теоретико-групповых расчетах, мы предсказываем две структуры с энантиоморфными пространственными группами PI43 и PI41. Эти фазы возникают в результате спинового упорядочения на позиции Уайкоффа 16d в кристаллах с пространственной группой F d3 ̅m. Показано, что гипотетические магнитные структуры PI43 и PI41 являются мультиферроиками II типа. Сегнетоэлектрическая поляризация возникает через механизм гибридного несобственного сегнетоэлектричества, допускающего трилинейную связь поляризации и двух других антиферромагнитных параметров порядка. В дополнение к несобственному сегнетоэлектричеству анализ симметрии выявляет сосуществование других несобственных ферроидных порядков, включая сегнетоэластичный, сегнетоэластоэлектрический, сегнетоэластичный и гиротропный.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА спиновый порядок, мультиферроики, несобственные сегнетоэлектрики, трилинейная связь, мульти-упорядоченное состояние, вторичные ферроики.
