HgTiO$_3$ 铁电性及压力诱导相变的第一性原理研究

在密度泛函理论框架下，通过第一性原理确定了汞钛酸盐的基态结构，并研究了高达 210 kbar 的压力诱导相变。已确定在 HgTiO$_3$ 中实验观察到的 $R3c$ 结构在环境压力下是亚稳态的。随着静水压力的增加，基态结构按照 $R{\bar 3} \to R3c \to Pbnm$ 序列发生变化。研究表明，HgTiO$_3$ 在 $P = 0$ 时铁电性的出现与不稳定的声子模式有关。计算了汞钛酸盐不同相的光学和弹性性质。在 \emph{GW} 近似下计算的准粒子带隙 ($E_g = 2.43$ eV) 比在 LDA 近似下获得的值 (1.49 eV) 与实验数据吻合得更好。热力学稳定性分析解释了为何汞钛酸盐的合成只能在高压下进行。