We present a detailed study of the structural, electronic, magnetic and ferroelectric properties of prototypical \textit{proper} and \textit{improper} multiferroic (MF) systems such as BiFeO$_{3}$ and orthorhombic HoMnO$_{3}$, respectively, within density functional theory (DFT) and using the Heyd-Scuseria-Ernzerhof hybrid functional (HSE). By comparing our results with available experimental data as well as with state-of-the-art GW calculations, we show that the HSE formalism is able to account well for the relevant properties of these compounds and it emerges as an accurate tool for predictive first-principles investigations on multiferroic systems. We show that effects beyond local and semilocal DFT approaches (as provided by HSE) are necessary for a realistic description of MFs. For the electric polarization, a decrease is found for MFs with magnetically-induced ferroelectricity, such as HoMnO$_3$, where the calculated polarization changes from $\sim$ 6 $μ C/cm^2$ using Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) to $\sim$ 2 $μ C/cm^2$ using HSE. However, for \textit{proper} MFs, such as BiFeO$_{3}$, the polarization slightly increases upon introduction of exact exchange. Our findings therefore suggest that a general trend for the HSE correction to bare density functional cannot be extracted; rather, a specific investigation has to be carried out on each compound.
Improper Ferroelectricity in Helicoidal Antiferromagnet Cu3Nb2O8
Cu_3Nb_2O_8是一种特殊的多铁性化合物，在低温下会发生一系列磁有序。在TN 1 ~25 K下，电极化的强度同时发展，对应于非共线螺旋有序（Phys. Rev. Lett. 107，137205（2011））。但问题仍然存在于这种现象的微观起源。在此通信中，我们报告了一个详细的研究，诱导极性有序的Cu 3 Nb 2 O 8进行极化，磁化强度，介电常数和热容量的测量在很宽的温度范围和磁场。介电常数在磁场中表现出抑制作用，但不随外加磁场的施加而向低温方向移动。磁介电效应的出现表明，在磁场存在下，q相关的磁关联函数的贡献随着权重的增大而增大。这种磁关联函数是与铁轴矢量和我们的整体结果支持这种机制的观察Cu 3 Nb 2 O 8的multiliferroicity。
Switchable Polarization in an A-site Deficient Perovskite through Vacancy and Cation Engineering
Kyoto University（京都大学）；Nantes Université（南特大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Japan Fine Ceramics Center（日本先进陶瓷中心）；Kyushu University（九州大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
Multiferroic Properties of Electrospun CFO-BCTSn Nanocomposites for Magnetoelectric and Magnetic Field Sensing Applications
Jozef Stefan Institute（约瑟夫·斯蒂芬研究所）；University of Picardie Jules Verne（皮卡第朱尔斯·凡尔纳大学）；Cadi-Ayyad University, Faculty of Sciences and Technology（卡迪·阿亚德大学科学与技术学院）；University Mohammed VI Polytechnic (UM6P)（穆罕默德六世理工大学）；Aix-Marseille University - CNRS（艾克斯-马赛大学-法国国家科学研究中心）；Institute of Physics AS CR（捷克科学院物理研究所）
Cornell University（康奈尔大学）；University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Rice University（莱斯大学）；Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science（康奈尔卡弗里纳米科学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
The 10% Gd and Ti co-doped BiFeO$_3$: A promising multiferroic material
在本研究中，合成了未掺杂的BiFeO $_3$、Gd掺杂的Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ FeO $_3$和Gd-Ti共掺杂的Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{1-x}$ Ti $_x$ O $_3$（x = 0.10，0.20）材料以报道它们的多铁性。采用Rietveld精修法对这些多铁性陶瓷进行了结构分析和物相鉴定。Rietveld分析已经证实，与所研究的其它组合物相比，10% Gd-Ti共掺杂的Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{0.9}$ Ti $_{0.1}$ O $_3$样品的相纯度高。该特定组合物的主相为菱形\textit{R3c}型结构（重量% $>99\%$），具有可忽略量的杂质相。在表征方面，我们通过施加比先前报道的调查中应用的高得多的磁场来解决这种共掺杂陶瓷系统的磁性能。温度和最大外加磁场对它们的磁化行为的依赖关系也进行了研究。此外，漏电流密度已被测量，以探讨其对该多铁性系统的铁电性能的影响。研究结果表明，在BiFeO $_3$中分别用10%的Gd和Ti取代Bi和Fe，可显著提高其多铁性。该特定组合物的改进的性质与均匀减小的晶粒尺寸、杂质相的显著抑制和漏电流密度的减小相关，这通过极化对电场磁滞回线测量进一步证实。
Four-coloured Spin-wave Excitations in Multiferroic Materials
光磁电效应是多铁性材料中自旋激发的固有属性，与光-物质相互作用仅由介电常数和磁导率表示的传统材料相比，其光学性质急剧改变。我们对多铁性Ca 2CoSi 2 O 7和Ba 2CoGe 2 O 7在THz光谱范围内进行的偏振吸收实验表明，这种磁电自旋激发显示出四色性，即它们对于光束的两个传播方向（向前或向后）和两个正交偏振的所有四种组合都具有不同的颜色。我们发现，正交色性可以产生奇特的光学性质，如单向透明和零反射的这些激发，这可以打开一个新的视野，在光子学。单向透明性也与静态磁电现象有关，因此，这些光学研究可以为系统合成具有大直流磁电效应的新材料提供指导。
Ferroelectricity driven by the non-centrosymmetric magnetic ordering in multiferroic TbMn_2O_5: a first-principles study
采用第一性原理计算研究了多铁性TbMn $_2$ O $_5$的基态结构、电子和磁性.结果表明，TbMn $_2$ O $_5$的铁电性是由非中心对称的磁有序驱动的，而没有引起自旋轨道耦合和非共线自旋.该化合物中的{ \it本征}电极化的强度计算为1187 $nC\cdot$ cm $^{-2}$，比以前认为的大一个数量级。
Theoretical description of anomalous properties of novel room temperature multiferroics Pb(Fe1/2Ta1/2)x(Zr0.53Ti0.47)1-xO3 and Pb(Fe1/2Nb1/2)x(Zr0.53Ti0.47)1-xO3
Possible ferrimagnetism and ferroelectricity of half-substituted rare-earth titanate: a first-principles study on Y$_{0.5}$La$_{0.5}$TiO$_3$
具有钙钛矿结构的钛酸盐，包括铁电体（例如，BaTiO $_3$）和铁磁材料（例如，YTiO（$_3$）是重要的功能材料。最近的理论研究预测了应变EuTiO $_3$和钛酸盐超晶格中的多铁性态，其中前者已经被实验证实。在这里，第一性原理计算进行调查Y半取代的LaTiO 3的结构，磁性和电子性质。我们的研究结果表明，由于固有的相竞争，Y $_{0.5}$ La $_{0.5}$ TiO $_3$的磁性敏感地依赖于其结构细节。最低能态是铁磁态，导致0.25 $μ_{\rm B}$ /Ti。此外，Y $_{0.5}$ La $_{0.5}$ TiO $_3$的某些构型表现出混合的非正常极化，这可以显著地受到磁性的影响，从而导致多铁性。由于取代的猝灭无序，具有随机A位离子的真正Y $_{0.5}$ La $_{0.5}$ TiO 3材料可能表现出有趣的弛豫行为。
Magnetic and Dielectric Properties in Multiferroic Cu3Mo2O9 under High Magnetic Fields
研究了高磁场作用下Cu 3 Mo 2 O 9单晶的磁性和介电性能。这种多铁性化合物具有扭曲的四面体自旋链。准一维效应和几何自旋阻挫效应预计将同时出现。在高达74 T的脉冲磁场下测量了磁电流和微分磁化强度。我们还测量了在高达23 T的静态场下的电极化的强度与电场曲线/回路。介电性质在磁场处发生变化，在磁化曲线中观察到磁化跳变。此外，在高磁场下发现磁化平台。
Reply to 'Comment on "Proper and improper chiral magnetic interactions" '
在我们的上一封信[Phys. Rev. B 103，L140408（2021）]中，我们讨论了参数化原子自旋模型的相互作用的基本物理性质，并结合第一性原理方法进行了讨论，这些方法使它们能够针对给定材料进行计算。这解释了其中一些方法如何明显导致不符合预期物理特性的磁相互作用，例如Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，它是非手性的，不依赖于自旋轨道相互作用，因此我们称之为“不适当”。在前面的评论[物理学评论B 105，026401]中，作者提出的论点是基于使用第一性原理计算来支持他们提出的非手性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的全局和局部方法之间的区别，以及他们对我们区分“适当”和“不适当”磁相互作用的驳回。在这个答复中，我们确定了在映射的局部方法中缺少的步骤，并解释了忽略这一步骤如何导致识别不符合既定物理原理的磁相互作用，我们以前称之为“不正确”。
Multiferroic properties of oxygen functionalized magnetic i-MXene
二维多铁性材料继承了低维材料和磁电材料的优良物理性质，并以其独特的结构超越了三维材料。这里，基于密度泛函理论计算，MXene衍生物，即，i-MXene（Ta $_{2/3}$ Fe $_{1/3}$）$_2$ CO $_2$被预测为I型多铁性材料。源自可靠的$5d^0$规则，其铁电性是稳健的，具有沿a轴高达$\sim12.33$ $μ$ C/cm $^2$的中等极化，其可以容易地切换并且可以在室温以上持续。其磁基态为层状反铁磁性。尽管它是I型多铁性材料，但它的Néel温度可以通过顺电-铁电转变显着调节，表现出一种固有的磁电耦合。这种磁电效应源于传统的磁致伸缩效应，但交换阻挫却意外地放大了这种效应。我们的工作不仅揭示了非平凡的磁电机制，而且为在二维极限下寻找更多的多铁性材料提供了一种策略。
