Ba2CoGe2O7 中磁化诱导的局域电偶极子与多铁性

Ba2CoGe2O7 结晶于非中心对称但非极性的结构中，属于一类特殊的多铁性材料，其性质由反演旋转对称性决定。与反演不同，反演旋转对称性容易被磁化破坏。此外，由于特定的结构模式，Ba2CoGe2O7 的磁结构相对较软。综上所述，这导致了丰富的多铁性性质，其中磁结构易受磁场变形，从而在取决于磁场方向的方向上诱导电极化。在本文中，我们表明所有这些性质都可以基于现实的低能模型成功解释，该模型源自对磁活性 Co 3d 能带的第一性原理电子结构计算以及电极化的 Berry 相位理论。特别地，我们认为 Ba2CoGe2O7 中磁化诱导的电极化本质上是局域的，并通过在模型 Wannier 基中计算的某些偶极矩阵的期望值以及磁性 Co 位点的 site-diagonal 密度矩阵来表达。因此，Ba2CoGe2O7 行为的基本方面可以在原子极限下理解，其中磁各向异性和磁电耦合均由密度矩阵指定。随后，宏观极化可发现为各个 Co 位点电偶极子的叠加。我们讨论了原子间磁相互作用的行为、对磁晶各向异性和自旋倾斜的主要贡献，以及所提出的图像与依赖于自旋的 p-d 杂化现象学模型的异同。