块体 BiFeO$_3$ 的电相图

我们通过第一性原理计算研究了多铁性 BiFeO$_3$ 的电学行为。为此，我们沿多种结构路径约束电位移场的一个特定分量，并监测晶体相关物理属性沿路径的演化。我们发现铁电、反铁电和反铁畸变自由度之间复杂的相互作用导致了一个异常丰富的电相图，其强烈偏离简单铁电材料的典型双阱模型。特别地，我们表明文献中最近报道的许多结构相（例如以巨大长宽比为特征的那些）可以从 $R3c$ 基态出发通过施加外电场达到。我们的结果还揭示了非极性畸变（例如与钙钛矿晶格中氧八面体转动相关的反铁畸变）可通过外加电场控制的方式，以及刻画 BiFeO$_{3}$ 铁电与反铁电相之间开关切换的基本特征。我们讨论了这一丰富效应背后的多模式耦合，同时强调了我们的工作对 BiFeO$_{3}$ 理论与实验文献的意义。