铁电 xBaTiO₃-(1-x)BiCoO₃ 固溶体中由变磁性稳定的巨磁电耦合

为了建立磁电耦合与磁不稳定性之间的关联，我们研究了 xBaTiO${_3}$-(1-\textit{x})BiCoO${_3}$ 的结构、磁性和铁电性质随 BaTiO$_3$ 浓度 ($x$) 和体积的变化。发现对于 $x<$ 0.45，$G-$型反铁磁序在能量上是有利的，而更高浓度则稳定于非磁态。利用同步辐射衍射与计算研究，我们观察到随体积和 $x$ 变化的、与顺电-铁电转变相关联的变磁自旋态转变，表明存在强磁电耦合。具体而言，对于 $x=$ 0.33 组分，当体积被压缩低于 5% 时，发生压力诱导的高自旋 (HS) 到低自旋 (LS) 转变。我们的轨道投影态密度显示，对于 $x<$ 0.45，铁电基态中 Co$^{3+}$ 为 HS 态，而相应的顺电相由于 LS 态的稳定化在非磁态中稳定，这由我们的固定自旋矩计算和磁测量所证实。预测较低 $x$ 值具有高的自发铁电极化值，其随 $x$ 增加而反比变化，这是因为四方性 ($c/a$) 随 $x$ 增加而降低。此外，我们发现 HS$-$LS 转变点与磁电耦合强度可由 $x$ 调节。