BaTiO3 多型体声子的从头算研究：基于混合泛函的压力依赖性

我们报告了对三种 BaTiO3 (BTO) 多型体声子的第一性原理研究：顺电 (PE) 立方 Pm-3m 相，以及两个铁电 (FE) 相：四方 P4mm 和菱方 R3m。回顾了使用各种交换 - 相关泛函（包括密度泛函理论、Hartree-Fock 近似及其混合泛函）计算的声子频率。通过计算声子模式作为压力 P（从 -15 到 230 GPa）的函数，探索了各相模式之间由压力诱导的相互作用。FE 相的压力敏感模式表现出软化，并在低于约 10 GPa 的压力下收敛于 PE 相的模式。这些关于 FE 相的结果可解释为从低对称性到高对称性对称性变化的声子前驱，并部分作为 Sood 等人 [Phys. Rev. B 51, 8892 (1995)] 报道的压力诱导模式耦合行为的理论解释。当对立方 PE 相施加超过约 50 GPa 的进一步压力时，最低的 F1u 模式再次软化，并在高于约 150 GPa 时发散为四方 FE P4mm 的两个独立模式。这些高压下的声子分支行为清晰地再次确认了 [Phys. Rev. Lett. 95, 196804 (2005); Phys. Rev. B 74, 180101 (2006); ibid. 85, 054108 (2012)] 中预测的重入铁电性。在菱方结构中未发现高压重入 FE 极化。相反，在高于约 30 GPa 时倾向于中心对称的 R-3m 相。针对高对称方向上的声子传播矢量计算的声子模式表明，Pm-3m 相在高压下在 $\Gamma$ 点表现出极性不稳定性，在 X、M 和 R 点表现出非极性不稳定性。