BiNiO$_3$ 中的潜在电子(反)铁电性

BiNiO$_3$ 表现出从 $Pnma$ 到 $P\overline{1}$ 的不寻常金属-绝缘体转变，这与 Bi 位的电荷有序有关，这与相关稀土镍酸盐中通常观察到的 Ni 位的电荷有序截然不同。在这里，利用第一性原理计算，我们首先合理化了从 $Pnma$ 到 $P\overline{1}$ 的相变，揭示了一个被忽略的中间 $P2_1/m$ 相和一种非常不寻常的相变机制。进一步地，我们指出 $P\overline{1}$ 相中 Bi 位的电荷有序并非唯一。我们强调了一种替代的极性有序，它产生了在能量上与 $P\overline{1}$ 几乎简并的铁电 $Pmn2_1$ 相，并显示出直接由电荷有序产生的 53 $\mu C$/cm$^2$ 的面内电极化。$Pmn2_1$ 和 $P\overline{1}$ 相的接近能量，加上它们之间的低能量势垒，使 BiNiO$_3$ 成为一种潜在的电子反铁电体，其中从非极性到极性的场诱导转变将与非绝热位间电子转移相关。我们还展示了在薄膜中通过应变工程，使用适当的衬底来稳定电子铁电基态的可能性。