电荷不均衡驱动的极磁金属双层钙钛矿 Sr$_3$Co$_2$O$_7$

在内在极磁金属中，强烈的结构对称性破坏、磁性和金属性之间的耦合可引发新物理现象，并为自旋电子器件应用提供了广阔希望。本文阐明了最近发现的极磁金属 Sr$_3$Co$_2$O$_7$ 中的金属铠电特性机制。我们的第一性计算结果表明，铠离子电荷不均衡是导致自发铠电位移和金属性的根本原因。这一现象在 Co $t_2g$ 轨道的一个位点表现为倒置的配体场分裂，而在两个位点的 $t_2g$ 轨道仍保持金属性。电荷不均衡稳定了非对称相。在 Hubbard U 作用下的框架中，我们提出在相关过渡金属氧化物中，特定轨道上的电荷不均衡可同时驱动金属性和铠电性，从而实现上述性质之间的强耦合。更令人惊讶的是，这一机制允许磁性共存，正如在 Sr$_3$Co$_2$O$_7$ 中所证实的那样。我们的发现凸显了实现极磁金属的潜在途径，为探索多功能材料提供了新的设计原则。