Температурный гистерезис магнитных фазовых переходов в Tb$_{(1-x)}$Ce$_x$Mn$_2$O$_5$ ($x$ = 0, 0.2, 0.25)

Методами рассеяния нейтронов проведены исследования температурной эволюции магнитной структуры мультиферроиков Tb$_{1-x}$Ce$_x$Mn$_2$O$_5$ ($x$ = 0, 0.20, 0.25). Установлено, что при качественном подобии магнитных состояний и серии фазовых переходов для чистого TbMn$_2$O$_5$ (TMO) и легированных кристаллов Tb$_{1-x}$Ce$_x$Mn$_2$O$_5$ (TCMO, $x$ = 0.2 и 0.25) имеется ряд существенных отличий в их свойствах. В отличие от TMO, где наблюдаются три магнитные фазы, в TCMO обнаружены две магнитные фазы, сосуществующие друг с другом в широком температурном интервале, обнаруживая довольно широкий температурный гистерезис. Одна из фаз с волновым вектором $\mathbf{k}_1$ = (0.5, 0, $k_{z1}$), $k_{z1}$ = 0.25 – соразмерная, возникает при температурах ниже $T_\mathrm{N}\sim$ 39 K (для $x$ = 0.2), $T_\mathrm{N}\sim$ 38 K ($x$ = 0.25). Вторая фаза – несоразмерная с вектором $\mathbf{k}_2$ = (1/2, 0, $k_{z2}$), $k_{z2}$ = 0.256(2), появляется при охлаждении при $T$ = 21 K ($x$ = 0.2) и 19 K ($x$ = 0.25). При дальнейшем охлаждении до 16 K компонента $k_{z2}$ изменяется до 0.292(2), и затем сохраняется неизменной. Компонента же $k_{z1}$ увеличивается до величины 0.280(2) в диапазоне 15–10 K, после чего остается постоянной вплоть до 1.5 K. При повышении температуры наблюдается обратное изменение компонент $k_{z1}$ и $k_{z2}$ к первоначальным значениям, однако эти изменения происходят при температурах на 7 K выше, чем при понижении температуры. Для TMO также наблюдалось сосуществование двух фаз, но температурный гистерезис оказался значительно меньшим, чем в TCMO. Мы связываем это с различной плотностью доменных границ и различными размерами доменов в чистых и легированных кристаллах.