位点选择性等价替代调控杂化不当铁电体 Ca$_3$Ti$_2$O$_7$ 的结构相变：第一性原理研究
材料科学
2018-07-03 v1
摘要
CaTiO 是一种经实验确认的杂化不当铁电材料，其电极化由相干的 TiO 八面体旋转与倾斜共同诱导。本工作中，我们研究利用 Ca 位点的等价替代来调控 CaTiO 的铁电性。由于尺寸失配，较大/较小的碱土金属分别偏好 '/ 位点，从而提供了位点选择性替代的可能性。在无额外载流子的情况下，此类位点选择性等价替代可显著调控 TiO 八面体的旋转与倾斜，进而改变结构与极化。利用第一性原理计算，我们的研究揭示三种替代情形（Sr、Mg、Sr+Mg）表现出迥异的物理行为。特别地，(CaTiO)SrO 变为非极性，可合理解释实验中观察到的 Sr 替代对极化的抑制。相比之下，(MgTiO)CaO 中的极化在替代后几乎翻倍，而估算的铁电翻转矫顽场不变。(MgTiO)SrO 仍保持极性但其结构空间群改变，极化适度增大且可能存在不同的铁电翻转路径。我们的研究揭示了 TiO 族中微妙的法电性，并提出了除应变效应外调控杂化不当铁电性的另一条实用途径。
引用
@article{arxiv.1807.00277,
title = {Structural transitions in hybrid improper ferroelectric Ca$_3$Ti$_2$O$_7$ tuned by site-selective iso-valent substitutions: a first-principles study},
author = {C. F. Li and S. H. Zheng and H. W. Wang and J. J. Gong and X. Li and Y. Zhang and K. L. Yang and L. Lin and Z. B. Yan and Shuai Dong and J. -M. Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.00277},
year = {2018}
}