基于密度泛函计算的多铁性 PbTi$_{1-x}$V$_x$O$_{3}$ 中的巨磁电耦合
材料科学
2019-08-02 v1 强关联电子
摘要
巨磁电耦合是一种非常罕见的现象，由于基础科学意义与实际应用，过去几十年备受关注。在此，我们借助一系列基于精确密度泛函理论的广义梯度修正（GGA）、包含在位库仑排斥（U）修正的自旋极化计算，在 PbTi1-xVxO3（x= 0-1）中成功实现了巨磁电耦合。我们的总能量计算表明，当 x>0.123 时 PbTi1-xVxO3 稳定于 C 型反铁磁基态。随着 V 替代 PbTiO3 中的 Ti，四方畸变显著增强并伴随极化线性增加。此外，我们的能带结构分析显示，对于较低的 x 值，PbTi1-xVxO3 形成二维磁性的趋势减弱。对于 V 浓度（x）= 1 的顺电相，观察到非磁性金属基态，并伴随 10% 的体积变化，表现出大的磁体积效应。我们的轨道投影态密度及轨道有序分析表明，从铁电相到顺电相时，轨道有序在磁性到非磁性转变中起主要作用。计算所得磁各向异性能显示，对于 x= 1 组分，[110] 方向是磁化易轴。本研究为磁电家族增添了一系列具有罕见存在的电与磁序参量间巨耦合的新化合物。这些结果表明，此类材料可用于新颖的实际应用，其中可通过外电场急剧改变磁学性质（如此处所示磁性到非磁性）及其逆过程。
引用
@article{arxiv.1908.00238,
title = {Giant magnetoelectric coupling in multiferroic PbTi$_{1-x}$V$_x$O$_{3}$ from density functional calculations},
author = {Lokanath Patra and Vidya Ravindran and Helmer Fjellvag and Ponniah Ravindran},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.00238},
year = {2019}
}
备注
20 pages, 15 figures