多铁性四方钙钛矿 Sr$_{1/2}$Ba$_{1/2}$MnO$_3$ 中的铁电原子位移

我们以 $10^{-3}$ 埃量级的原子位移精度研究了多铁性四方钙钛矿 Sr$_{1/2}$Ba$_{1/2}$MnO$_3$ 的晶体结构。在铁电相（$T_\mathrm{N}$ $\leq$ $T$ $\leq$ $T_\mathrm{C}$）中，观测到 Mn 离子相对于中心对称位置的巨大原子位移，其幅度可与四方铁电体 BaTiO$_3$ 中的偏离中心畸变相比拟。截然相反地，在多铁相（$T$ $\leq$ $T_\mathrm{N}$）中，Mn 离子的原子位移被抑制，而 O 离子的原子位移则增大。我们还基于铁电模分析了极性晶体结构中的原子位移。在铁电相中，原子位移被分解为主正的 Slater 模、负的 Last 模以及小的正 Axe 模。在多铁相中，发现了 Slater 与 Last 模的抑制、Last 模的符号改变以及 Axe 模的增大。基于 Berry 相位方法的 first-principles 计算很好地重现了铁电畸变，为诱导极化的竞争机制（电子 $p$-$d$ 杂化 vs. 磁交换伸缩）提供了补充信息。