电子极化结构及其应变依赖性

$\phi(\kpp)\sim \kpp$ 关系被称为极化结构。通过密度泛函计算，我们研究了铁电钙钛矿 PbTiO$_3$ 中的极化结构，揭示了 (1) 对电子极化贡献最大的 $\kpp$ 点，(2) 带宽的大小，以及 (3) 极化色散的细微曲率。我们还研究了 PbTiO$_3$ 中极化结构如何被压缩面内应变所改变。结果表明，尽管总极化增强，PbTiO$_3$ 中极化色散的带宽却表现出不寻常的下降。作为本研究的另一成果，我们制定了一个解析方案，旨在通过 Wannier 函数识别任意 $\kpp$ 点处极化结构的决定因素。我们发现 $\phi(\kpp)$ 由两个竞争因素决定：一是垂直于极化方向的平面内相邻 Wannier 函数之间的重叠，二是平行于极化方向的局域化长度。面内应变增加了前者而减小了后者，从而对极化结构产生有趣的非单调效应。最后，讨论了另一个范式铁电体 BaTiO$_3$ 中的极化色散，并与 PbTiO$_3$ 进行了比较。