Multiferroic behavior of Aurivillius Bi4Mn3O12 from first-principles
采用密度泛函方法研究了Aurivillius化合物Bi_4Mn_3O_（12）的多铁性.我们发现，该材料的四元顺电相是铁磁性的，表现出类似于在其铁电母体化合物Bi 4 Ti 3 O 12中观察到的铁电和反铁磁畸变不稳定性。然而，我们的研究结果表明，Mn+4离子在B-网站的存在下收缩的细胞体积，因此不稳定的极性模式，与铁电极化，克服了antiferrodistortive失真。通过这种方式，Bi 4 Mn 3 O 12在其平衡体积下表现出初始铁电性。我们表明，铁电状态可以通过应变或部分取代Mn与Ti的青睐。
2012-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in multiferroic magnetite Fe3O4 driven by noncentrosymmetric Fe2+/Fe3+ charge-ordering: First-principles study
通过第一性原理模拟，我们明确地表明，不适当的铁电性磁铁矿在低温绝缘相驱动的电荷有序。单斜铁电体Cc和顺电体P2/c结构之间的精确比较表明，极化的出现是因为八面体Fe位之间的电子电荷的“移位”，导致非中心对称的Fe 2 +/Fe 3+电荷有序模式。我们的预测值的极化，在良好的协议与现有的实验值，进行了讨论的点电荷偶极子位于选定的Fe四面体，指向一个明显的例子，电子铁电性驱动的电荷重排。
2009-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Growth, Structure and Properties of Epitaxial Thin Films of First Principles Predicted Multiferroic Bi2FeCrO6
报道了用脉冲激光烧蚀法在（100）取向SrTiO 3衬底上外延生长的SrRuO 3上外延生长的Bi 2 FeCr O 6薄膜的结构和物理性质。300 nm厚的薄膜在室温下表现出铁电性和磁性，在Emax = 82 kV/cm时，最大电介质的极化为2.8 microC/cm 2，饱和磁化强度为20 emu/cc（对应于每个菱面体晶胞约0.26玻尔磁子），与矫顽场低于100 Oe。我们的研究结果证实了使用从头计算的Bi 2FeCrO 6中存在的多铁性的预测。
2006-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Phonon Coupling, High Pressure Phase Transitions and Thermal Expansion of Multiferroic GaFeO3: A Combined First Principles and Inelastic Neutron Scattering Study
我们对多铁性GaFeO 3进行了广泛的声子研究，以阐明其动力学行为。在150 ~ 1198 K的宽温度范围内进行了非弹性中子散射测量。第一性原理晶格动力学计算是为了分析和解释的观察。从磁性和非磁性计算的声子谱的比较突出了明显的差异。的Fe和O离子的振动原子贡献的能量范围被发现显着不同的两种计算类型。因此，铁阳离子的自旋自由度引起的磁性在稳定GaFeO 3的结构和动力学中起着关键作用。此外，计算的焓在不同阶段的GaFeO 3是用来获得更深入的了解这种材料的高压相稳定性。此外，声子谱的体积依赖性被用来确定其热膨胀行为。
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of multiferroic RbFe(MoO$_4$)$_2$
利用第一性原理计算研究了RbFe（MoO $_4$）$_2$的磁结构和铁电性。唯象分析表明，铁电性的产生可能是由于磁结构的三角形手性，并通过磁螺旋和铁轴结构畸变之间的耦合。事实上，最近有人提出，结构畸变在稳定手性磁性结构本身方面起着关键作用。我们通过\emph{ab-initio}计算确定了两种机制的相对贡献。虽然结构轴性通过调制对称交换相互作用诱导磁螺旋，但电极化的强度主要是由于面内自旋三角形手性，电子和离子的贡献都是相对论起源的。在微观水平上，我们解释的极化作为一个二次立体的逆Dzyaloshinskiii-Moriya机制的后果，并相应地解释为什么铁轴分量的电极化的强度必须是小的。
2014-03-06 cond-mat.mtrl-sci
The potentially multiferroic Aurivillius phase Bi$_5$FeTi$_3$O$_{15}$: cation site preference, electric polarization, and magnetic coupling from first principles
利用第一性原理电子结构计算方法研究了具有潜在多铁性的Aurivillius相材料Bi $_5$ FeTi $_3$ O $_{15}$的结构、铁电和磁性.计算进行PBE和PBESol交换相关泛函。我们的结论是PBE系统高估的晶格常数和铁电畸变的幅度，而PBESol导致良好的协议与现有的实验数据。然后，我们通过比较钙钛矿$B$-位点的10种不同分布来评估Fe $^{3+}$阳离子的潜在位点偏好。我们发现一个轻微的偏好的“内部”网站，与最近的实验观察。我们得到了一个大的值$\sim$ 55 $μ$ C/cm $^2$的自发电极化的强度，这是相当独立的特定的Fe分布。最后，我们计算了磁耦合常数的强度，发现Fe $^{3+}$阳离子之间的强反铁磁耦合在最近的邻居的位置，而更远的邻居之间的耦合是相当弱的。这就提出了一个问题，即尽管磁性离子的浓度很低，但在这个系统中是否会发生磁性长程有序。
2016-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of optical absorption in multiferroic (1-x)PZT-xPFN thin films: Experiments and first-principles analysis
本研究通过溶胶-凝胶法合成PZTFN0.5薄膜，结合实验与第一性原理计算，发现铁掺杂增强可见光吸收并降低带隙，同时实现室温多铁性，优于PZT，适用于铁电光伏。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Recent progress in first-principles studies of magnetoelectric multiferroics
在过去的几年里，结合磁性和铁电性能的材料产生了越来越多的兴趣，这是由于它们的不同性能和它们在新型磁电器件应用中的潜在效用。本文综述了基于密度泛函理论的计算第一性原理方法在这类磁电多铁性材料研究中的最新进展。特别是，我们展示了如何第一性原理方法已成功地用于解释多铁性材料的各种属性，并预测新的效果和新的系统，表现出多铁性。
2005-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles study of structurally modulated multiferroic CaMn$_7$O$_{12}$
在实验确定的调制晶体结构的基础上，通过第一性原理计算，研究了多铁性CaMn $_7$ O $_{12}$的电子和磁性结构.我们确认存在3 $d$轨道调制的Mn 2（Mn $^{3+}$）网站，以前推断从Jahn-Teller晶体扭曲。我们的研究结果表明，在多铁性相中，Mn 3（Mn $^{4+}$）位的磁结构通过轨道介导的耦合与结构调制进行非谐调制，并且Dzyaloshinskiii-Moriya和交换伸缩机制对极化的贡献相等
2015-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles studies of multiferroic and magnetoelectric materials
多铁性材料是由于自旋、电荷、晶格和轨道自由度之间的相互作用而使两种或更多种铁性有序共存的材料。近年来，多铁性文献的爆炸性增长表明了人们对这一领域的兴趣正在迅速增长。在这些研究中，第一性原理计算在新型多铁性或磁电材料的实验解释、机理发现和预测中发挥了先驱作用。本文综述了第一性原理方法在多铁性、磁电效应和隧道结研究中的广泛应用和成功成果。特别是，我们介绍了我们最近开发的一些方法，例如，轨道选择性外势（OSEP）方法是研究多铁性或磁电性材料中有趣现象的有力工具。我们还总结了关于三种类型的磁性电控制的第一性原理研究，这是自旋电子学和多铁性的共同目标。本文对过渡金属氧化物铁电性的起源、铁电性与有序磁性的共存等问题进行了深入的探讨，对今后开发新型多铁性或磁电性材料具有一定的指导意义。
2015-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Giant electroresistance and tunable magnetoelectricity in a multiferroic junction
第一性原理密度泛函计算表明，具有非对称界面的$\textrm{SrRuO}_{3}/\textrm{PbTiO}_{3}/\textrm{SrRuO}_{3}$多铁性结（RuO $_{2}$ /PbO和TiO $_{2}$ /SrO）具有较大的铁电去极化场，其开关改变了隧穿电子的界面传输几率，导致电阻调制超过几个数量级.开关进一步影响界面自旋密度，自然地驱动磁阻以及调制的自旋相关面内电阻率，这可以在场效应器件中利用。
2013-11-15 cond-mat.mtrl-sci
The ferroelectric transition in YMnO$_3$ from first principles
我们从第一性原理出发研究了多铁性YMnO $_3$的结构相变。利用群论分析和第一性原理密度泛函计算的总能量和声子，我们进行了系统的研究的能量表面周围的原型相。我们发现一个单一的不稳定性，强烈耦合到极化的区域边界。这种耦合是在这类材料中允许多铁性的机制。我们的研究结果表明，YMnO $_3$是一个不适当的铁电体。我们建议进一步的实验来阐明这一点。
2005-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric response of multiferroic BiFeO3 and related materials
提出了一种计算多铁性材料磁电响应的第一性原理方法。我们应用我们的方法BiFeO3（BFO）和相关的化合物，其中Fe被其他磁性物种取代。我们表明，在某些相关条件下，即，在不存在无公度自旋调制情况下，如在BFO薄膜和一些BFO基固溶体中，这些材料显示出大的线性磁电响应。我们的计算揭示了耦合的原子起源，并使我们能够确定最有前途的策略，以提高它。
2009-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Two-Dimensional Materials
不寻常的墨西哥帽带色散，铁磁性和铁弹性之间的关系进行了研究，使用分析，第一性原理和唯象方法相结合。以$α$ -SnO单分子膜为原型，研究了具有墨西哥帽带边的一类材料。这样的能带边缘导致范霍夫奇点与$\frac{1}{\sqrt{E}}$发散，并且在p型材料中导致空间和/或时间反转自发对称性破缺。我们发现，一个意想不到的多铁性相是在一个范围内的空穴密度的材料同时呈现铁磁性和铁弹性。
2016-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Decorated Fe2O3 Monolayer Predicted from First Principles
二维（2D）多铁性材料在减小的空间域中表现出磁响应和电响应之间的交叉控制能力，使其非常适合下一代纳米器件;然而，在开发具有所需特性的材料方面进展缓慢。在这里，我们确定了第一性原理计算强大的二维多铁性行为的装饰Fe 2 O3单层，展示N@Fe2O3作为一个典型的情况下，铁电性和铁磁性干从同一个起源，即Fe d轨道分裂引起的Jahn-Teller畸变和相关的晶体场的变化。所产生的铁磁和铁电极化可以通过施加的电场或应变有效地反转和调节，从而提供有效的功能。这些发现建立了强材料现象，并阐明了一个真正的二维多铁性材料家族的潜在物理机制，这对于先进的器件应用是非常有前途的。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unusual Ferroelectricity of Trans-Unitcell Ion-Displacement and Multiferroic Soliton in Sodium and Potassium Hydroxides
我们展示了第一原理的证据，迄今未报道的类型的铁电性与超长离子位移的氢氧化钠和氢氧化钾。即使是少量的质子空位也可以完全改变质子从单胞内到跨单胞的转移模式，产生具有移动磁性和极强极化的多铁性孤子，其极化强度比大多数钙钛矿铁电体高几个数量级。它们的薄膜的垂直极化对去极化场是鲁棒的，通过感测可切换的金属/绝缘状态来呈现具有非破坏性读出和超高开/关比的各种2D铁电场晶体管设计。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of the magnetoelectric properties of Ba$_7$Mn$_4$O$_{15}$
通过第一性原理计算研究Ba$_7$Mn$_4$O$_{15}$的基态磁性，发现其非极性磁基态具有与BiFeO$_3$相当的强线性磁电耦合，为设计新型线性磁电材料提供策略。
2023-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic materials based on transition-metal dichalcogenides: Potential platform for reversible control of Dzyaloshinskii-Moriya interaction and skyrmion via electric field
探索能够实现电场控制二维磁性的二维多铁性材料已成为自旋电子学的一个新兴课题。利用第一性原理计算，我们证明了非金属双层过渡金属二硫属化合物（TMD）可以作为一个理想的平台，通过插入磁性原子来构建多铁性。此外，我们还发现Co嵌入双层材料MoS 2，Co（MoS 2）2中，具有相反手性的两个能量简并态为基态，这表明在这类材料中可以通过反转电极化的强度来实现电场对拓扑磁性（如Skyrmions）手性的控制.这些发现为电场控制二维多铁性材料的拓扑磁性和内禀磁电耦合铺平了道路。
2022-05-09 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Studies of Multiferroic Materials
多铁性材料是一类具有长程自发磁性和偶极有序共存的材料，它结合了丰富而迷人的基础物理学和在自旋电子学领域的应用潜力。从头计算在这一领域的最新进展作出了重大贡献，阐明了不同的机制，多铁性，并提供了重要的信息，对各种化合物，这些效果明显发挥作用。特别是，在这里，我们提出的密度泛函理论调查的两个主要类别的材料的例子：a）真多铁性（其中铁电性是由杂化效应或纯结构效应驱动的），以BiFeO_3为原型材料; b）反常多铁性（其中铁电性由相关效应驱动，并且与电子自由度如自旋、电荷或轨道排序密切相关），以稀土锰氧化物为原型。
2009-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial-strain-induced multiferroicity in SrMnO$_{3}$ from first principles
第一性原理密度泛函计算揭示了立方SrMnO $_{3}$中大的自旋-声子耦合，铁磁有序产生极性不稳定性。通过这种耦合与钙钛矿的应变-极化耦合特性的组合，体反铁磁顺电基态SrMnO $_3$示出被驱动到以前未报道的多铁性铁电-铁磁状态，通过增加外延应变，拉伸和压缩。这种状态具有计算的极化和估计的居里温度高于54 $μ$ C/cm $^2$和92 K。预测在相界附近的大的混合的磁-电-弹性响应。
2009-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A New Multiferroic State with Large Electric Polarization in Tensile Strained TbMnO3
通过第一性原理计算，系统地研究了外延应变对多铁性TbMnO 3结构和性能的影响。我们发现，虽然未应变的散装TbMnO3显示非共线的反铁磁自旋顺序，TbMnO3可以在压缩应变下的铁磁，与生长在SrTiO3上的TbMnO3的实验结果一致。通过增加拉伸应变高达5%，我们预测，TbMnO3转变成一个新的多铁性状态，具有大的铁电极化，两个数量级大于在未应变的散装，并具有相对较高的尼尔温度E型反铁磁秩序。我们还发现铁电畴和反铁磁畴是互锁的，因此外加电场可以同时实现铁电畴和反铁磁畴的开关。我们的工作表明，应变工程可以用来提高TbMnO 3的多铁性。
2013-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the triangular Mn-O breathing mode on the magnetic ordering in multiferroic hexagonal manganites
我们结合对称性分析、唯象模拟和第一性原理密度泛函理论来探讨六方晶系稀土锰氧化物中磁基态和详细原子结构之间的相互作用。我们发现，磁有序是敏感的呼吸模式扭曲的Mn和O离子在$ab$平面，这是描述的K \textsubscript{1}模式的高对称性结构。我们的密度泛函计算的磁相互作用表明，这种模式特别影响单离子各向异性和平面间的对称交换。通过从我们的第一原理结果中提取磁模型哈密顿量的参数，我们开发了一个相图来描述作为各向异性和交换相互作用的函数的磁结构。这反过来又使我们能够解释的依赖性的磁基态的身份的稀土离子和K \textsubscript{1}模式。
2022-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic kinks and spin-flop transition in Ni$_{2}$InSbO$_6$ from first principles
本文通过第一性原理结合蒙特卡罗与朗道理论，揭示了Ni$_{2}$InSbO$_6$中由多铁性扭结构成的长周期非公度磁态，预测了磁场驱动的多级磁相变及电场调控机制，为多铁性材料预测建模开辟新途径。
2024-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The ferroelectric polarization of Y2CoMnO6 aligns along the b-axis: the first-principles calculations
具有磁性B和B'离子和E* 型反铁磁有序（E*-AFM，即++--结构）的双钙钛矿A2 BB' O 6氧化物被认为具有有前途的多铁性，Y2 CoMnO 6（YCMO）是这一类的候选者之一。然而，YCMO中磁感应铁电性的微观起源仍不清楚。在这项工作中，我们进行了详细的对称性分析的交换收缩效应和晶格畸变，加上第一性原理计算的YCMO。确定了E*-AFM态为基态，并与铁磁和A-反铁磁等竞争态相互竞争。结果表明，铁电性是由与E ~*-AFM有序度和Mn/Co化学有序占据相关的交换伸缩作用产生的。晶格对称性的考虑和第一性原理计算预测的电极化的强度沿b轴排列。计算的极化达到0.4682 uC/cm ~ 2，主要来自离子位移的贡献。本文的工作对YCMO的多铁性机制有了全面的认识，对预测其他双钙钛矿磁性氧化物的多铁性具有普遍意义。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci
On the magnetoelastic and magnetoelectric couplings across the antiferromagnetic transition in multiferroic BiFeO3
明确的异常晶格热膨胀（偏离线性变化）和弹性性能（软化的声速）在反铁磁顺磁过渡观察到在原型多铁性BiFeO 3使用皮秒声泵探测和高温X射线衍射实验相结合。类似的异常也证明了使用第一性原理计算支持我们的实验结果。这些计算加上我们发展的一个简单的Landau类模型，使我们能够理解T_N处的弹性软化和晶格变化，这是磁致伸缩与电致伸缩和磁电耦合相结合的结果，当达到临界T_N温度时，这些耦合使高温参考相的弹性常数重新归一化。
2018-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz dielectric response and coupled dynamics of ferroelectrics and multiferroics from effective Hamiltonian simulations
铁电和多铁性材料是一类重要的功能材料。在过去的二十年里，基于第一性原理的有效哈密顿方法已经成功地开发来模拟这些材料。近年来，有效哈密顿方法与分子动力学方法进一步结合，研究了各种钙钛矿的太赫兹动力学性质。通过这种组合，各种铁电和多铁性材料，包括BaTiO_{3}，Ba（Sr，Ti）O_{3}，Pb（Zr，Ti）O_{3}，BiFeO_{3}和SrTiO_{3}块体和薄膜已经被模拟，这导致了对复杂现象的理解和新的效果的发现。在这篇综述中，我们首先介绍了有效哈密顿量和分子动力学模拟的技术细节。然后，我们提出了这两种技术的组合应用到不同的钙钛矿。最后，我们还简要讨论了这种方法未来可能的发展方向。
2013-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Spin-current driven Dzyaloshinskii-Moriya interaction in the multiferroic BiFeO3 from first-principles
本研究基于密度泛函理论探究多铁性BiFeO3中自旋电流驱动的DM相互作用，明确其起源与强度，揭示磁振子色散特性，强调自旋电流诱导不对称势的重要意义。
2022-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First principles study of the multiferroics BiFeO$_{3}$, Bi$_{2}$FeCrO$_{6}$, and BiCrO$_{3}$: Structure, polarization, and magnetic ordering temperature
我们提出了一个{ \it ab initio}密度泛函理论研究的三个铋基多铁性，BiFeO $_{3}$，Bi $_{2}$ FeCrO $_{6}$，和BiCrO $_{3}$。我们讨论了这三个系统的晶体和电子结构的差异，我们表明，LDA+ $U$方法的应用是必不可少的，以获得真实的结构参数Bi $_{2}$ FeCrO $_{6}$。我们计算所有三个系统的磁最近邻耦合常数，并显示如何安德森的超交换理论可以应用到解释这些耦合常数的符号和相对大小。从耦合常数，然后我们得到一个平均场近似的磁有序温度。通过对这三种系统的比较，我们讨论了在室温以上设计具有大磁化强度的多铁性材料的可能性。
2005-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroic Bi$_2$NiMnO$_6$ Thin Films: A Computational Prediction
我们报告的第一性原理计算的少数材料之一，被认为是一个铁电铁磁体，Bi $_2$ NiMnO $_6$。我们的计算表明，与迄今为止报道的相反，体Bi $_2$ NiMnO $_6$不具有极化。相反，像BiMnO $_3$一样，它结晶成具有空间群$C2/c$的中心对称结构。我们还预测，$_2$ $_6$将确实是一个铁电铁磁体，如果它是作为一个外延薄膜生长在衬底上的面内正方形对称和晶格常数约为4 Ω，如BaTiOPDMATHABMO或PbZr $_{1-x}$ Ti $_{x}$ O $_{3}$。
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetoelectric Spin Field Effect Transistor
Eastern Institute for Advanced Study, Eastern Institute of Technology（东方高等研究院，东方理工学院）；School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology（苏州科技大学物理科学与技术学院）；Department of Physics, University at Buffalo, State University of New York（纽约州立大学布法罗分校物理系）
本文提出基于多铁性异磁体的自旋场效应晶体管，通过电场调控自旋分裂，解决金属中铁电性抑制的问题，为低功耗自旋电子学提供新途径。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Role of Te in the low dimensional multiferroic material FeTe2O5Br
采用第一性原理密度泛函方法，研究了低维多铁性化合物FeTe 2 O 5 Br的电子结构，探讨了磁电效应的起源以及Te离子在该体系中的作用.我们发现，没有磁性，即使在Te-5s孤对的存在下，系统仍然是中心对称的，由于孤对的反极性取向。我们的研究表明，交换收缩内的Fe四聚体，以及它们之间是负责的ME效应在FeTe_2O_5Br。我们还发现，Te^4+离子在FeTe 2 O 5 Br的四聚体间交换收缩中起着重要作用，并且一旦极化被磁有序触发，Te^4+离子对FeTe 2 O 5 Br的电极化的强度也有贡献.
2013-09-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ferroelectric domain walls in multiferroic bismuth ferrite
我们提出了第一性原理密度泛函研究的结构，电子和磁性的铁电畴壁的多铁性BiFeO 3。我们发现，畴壁中的氧八面体的旋转不改变其相位时，极化reorients是最有利的，和这些109度畴壁中心周围的BiO平面具有最低的能量。109度和180度的壁有一个显着的变化，在其垂直于壁的极化分量;在静电势的相应步骤是一致的，在畴壁的电导率最近的报告。最后，我们表明，在畴壁的Fe-O-Fe键角的变化引起的Fe的磁矩，可以提高在畴壁的局部磁化的倾斜的变化。
2009-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological skyrmions in monolayer multiferroic MoPtGe2S6
本文通过第一性原理计算与微磁学模拟，揭示单层多铁性MoPtGe2S6在零磁场下可稳定拓扑斯格明子，并可通过电场和磁场调控其手性、磁化方向、拓扑电荷及尺寸，为电子调控自旋电子器件提供新途径。
2024-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Multiferroic Semiconductors with Coexisting Ferroelectricity and Ferromagnetism
低维多铁性虽然在自然界中非常罕见，但由于基础和技术利益而引起了人们的极大关注。利用第一性原理密度泛函理论，我们证明了单层过渡金属磷硫族化合物（TMPC）- CuMP $_2$ X $_6$（M=Cr，V; X=S，Se）中铁磁性和铁电性可以共存.这些范德华层状材料代表了一类同时具有铁电和铁磁有序的2D多铁性半导体。在这些单层材料中，Cu原子自发地远离中心原子平面，引起沿平面法线的非平凡电偶极矩。此外，它们的铁磁性来源于Cr/V原子间的间接交换作用，而它们的面外铁电性则暗示了外部垂直电场控制电极化的强度的可能性。因此，单层半导体TMPC提供了固态2D材料平台，用于实现用顶部和底部电极图案化的2D纳米级开关和存储器器件。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles demonstration of Roman surface topological multiferroicity
针对四重钙钛矿中Roman表面拓扑多铁性实验证据不足的问题，本文通过密度泛函理论计算证实了其磁诱导极化的拓扑轨迹，并提出一种可显著增强极化性能的替代材料。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning the atomic and domain structure of epitaxial films of multiferroic BiFeO3
最近的研究表明室温多铁性BiFeO 3（BFO）薄膜的畴壁具有独特的功能。因此，重要的是要了解在这些薄膜中的域形成的机制。高分辨率的X射线衍射和压电力显微镜，结合第一性原理模拟，使我们能够表征的原子和域结构的BFO薄膜生长在（001）-SrTiO 3的压缩应变下，作为厚度的函数。我们推导出一个孪生模型，描述了实验观察，并解释了为什么71 o畴壁是在这些电影中常见的。这种理解为我们提供了一个新的自由度来控制的结构，因此，性能的BiFeO 3薄膜。
2009-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Optics Driven Phase Transition in Two-Dimensional Multiferroics
位移马氏体相变在具有快速开关速度的基于半导体的数据存储应用中具有潜在的前景。除了传统的相变材料外，最近发现的二维铁电材料由于其快速的铁电开关动力学特性而受到广泛关注，这将极大地提高数据存储密度和读写速度。在这项研究中，我们提出了一个太赫兹激光与中等强度和选定的频率可以触发铁性有序开关的二维多铁性，这是一个无损伤的非接触的方法。通过第一性原理计算，我们从理论上和计算上研究了两种实验制备的多铁性（铁电和铁弹）材料\b{eta} -GeSe和α-SnTe单层的光致电子、声子和力学响应.我们表明，不同的取向变量的相对稳定性，可以有效地操纵通过太赫兹激光，这是选择性和强烈耦合的横向光学声子模式的偏振方向。从一种取向变体到另一种取向变体的转变可以是无势垒的，表明超快转变动力学和常规成核-生长相变过程是可以避免的。
2020-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant ferroelectric polarization and electric reversal of strong spontaneous magnetization in multiferroic Bi2FeMoO6
BiFeO $_3$是最著名的多铁性材料，但由于其反铁磁性，没有很强的自发磁化。研究表明，基于BiFeO $_3$的双钙钛矿结构Bi $_2$ FeMoO $_6$（空间群为R3（\#146））既能实现巨铁电极化，又能实现强自发磁化.我们的第一性原理声子谱确定，这种多铁性R3相是稳定的。系统的计算表明，该材料是自旋极化的半导体，禁带宽度为0.54 eV，铁电极化强度为85 $μ$ C/cm $^2$ .这种铁电性与BiFeO $_3$相当，但这里得到的是强亚铁磁性，每个分子式单元的净磁矩为2 $μ_B$，居里温度为650 K。铁电极化和磁易磁化轴均为赝立方[111]取向。进一步的分析表明，外加电场可以通过三步路径确定性地逆转宏观自发磁化。因此，我们认为这种Bi $_2$ FeMoO $_6$材料可以用于设计新的多功能材料和实现高性能器件。
2016-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Size effects in multiferroic BiFeO3 nanodots: A first-principles-based study
提出了一种有效的哈密顿方法来研究BiFeO 3纳米点在类短路电边界条件下的结构和磁性。发现了各种惊人的效果。例子包括（a）涉及磁转变温度和电转变温度的点的尺寸的倒数的标度律;（b）通过尺寸效应洗出存在于本体中的一些结构相;（c）通过玩弄尺寸和电边界条件来定制Neel温度和Curie温度之间的差异的可能性;和（d）1.6nm量级的通用临界厚度，低于该厚度点不具有电和磁偶极子以及氧八面体倾斜的任何长程有序。
2010-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Two-Dimensional Multiferroicity in van der Waals CuCrP2S6 Layers
多铁性材料在高密度非易失性存储等新型磁电器件中具有潜在的应用前景。近几十年来，对多铁性材料的研究主要集中在三维材料上。然而，三维材料在纳米尺度的薄膜中存在着悬挂键和量子隧穿效应。二维（2D）材料可能为这些问题提供一个优雅的解决方案，因此需求量很大。使用第一性原理计算，我们预测的铁磁性和驱动铁电性在单层，甚至几层的CuCrP2S6。虽然单层膜的铁电相的总能量高于反铁电相的总能量，但通过施加大的电场可以实现铁电相。根据我们的计算，除了常见的多铁性材料的自由度外，谷自由度也是极化的。计算结果表明，自旋、电偶极子和谷是相互耦合的。在实验中，我们在室温下观察到了几层CuCrP2S6（厚度约13 nm）的面外铁电性。在10 K下，从大量堆叠的纳米片的磁滞回线推断出了少量层的二维铁磁性。实验结果很好地支持了我们的计算。我们的发现可能为进一步的器件应用提供一系列二维材料。
2019-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid functional study of proper and improper multiferroics
本文采用密度泛函理论（DFT）和Heyd-Scuseria-Ernzerhof杂化泛函（HSE）方法，分别对BiFeO $_{3}$和正交HoMnO $_{3}$等典型\textit{proper}和\textit{improper}多铁性（MF）体系的结构、电子、磁性和铁电性质进行了详细的研究.通过比较我们的结果与现有的实验数据，以及与国家的最先进的GW计算，我们表明，HSE形式主义是能够很好地说明这些化合物的相关属性，它出现作为一个准确的工具，预测第一性原理调查多铁性系统。我们表明，超出本地和半本地DFT方法（HSE提供）的影响是必要的一个现实的描述MF。对于电极化的强度，发现具有磁致铁电性的MF（例如HoMnO $_3$）降低，其中计算的极化从使用Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）的$\sim$ 6 $μ C/cm^2$改变为使用HSE的$\sim$ 2 $μ C/cm^2$。然而，对于\textit{proper} MF，例如BiFeO $_{3}$，在引入精确交换时，极化略微增加。因此，我们的研究结果表明，一个总的趋势HSE校正裸密度功能不能提取，而是一个特定的调查，必须进行每一个化合物。
2010-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Emergent Multiferroic Altermagnets and Spin Control via Noncollinear Molecular Polarization
本研究提出分子铁电体中的涌现多铁性交变磁体，利用非共线分子极化实现自旋极化的开关与反转，并通过第一性原理验证其在有机-无机杂化钙钛矿等材料中的可行性。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Magnetoelectric Multiferroic Janus Monolayers VOXY(X/Y = F, Cl, Br, or I, and X$\not=$Y) with in-plane ferroelectricity and out-of-plane piezoelectricity
本文通过打破 VOX₂ 的面外对称性设计并预测 VOXY Janus 单层，比较其结构、磁性、铁电及压电性质，发现四种材料具有显著面外压电极化。
2022-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Properties of Epitaxial Thin Films of Bi2fecro6: A Multiferroic Material Postulated by Ab-Initio Computation
本文报道了用激光烧蚀法在SrTiO_3衬底上淀积Bi_2FeCrO_6（BFCO）外延薄膜的实验结果。它已在理论上预测使用第一原理密度泛函理论，BFCO是亚铁磁性（具有磁矩的2 μ B每公式单位）和铁电（具有约80微C/cm 2的极化在0 K）。使用X-射线衍射研究的晶体结构表明，该薄膜是具有高结晶度的外延。通过X射线微区分析和X射线光电子能谱学进行的化学分析表明BFCO层中的正确阳离子化学计量比，即（Bi：Fe：Cr = 2：1：1）。横截面高分辨率透射电子显微镜图像与选定区域的电子衍射一起确认没有可识别的外来相或夹杂物的外延BFCO膜的结晶质量。压电响应力显微镜（PFM）和磁性测量表明，在室温下，BFCO的多铁性的字符被证明具有铁电性和磁滞。局部压电测量显示铁电畴的存在和它们在亚微米尺度上的开关。
2009-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Ferroelectric Switching via Local Domain Wall Motion in Multiferroic $ε$-Fe2O3 Films
铁电和多铁性薄膜中确定性的极化反转对于它们在纳米电子器件中的开发至关重要。虽然铁电性已经研究了近一个世纪，但在许多材料的文献中，矫顽场和饱和极化的报道值存在重大差异。这就提出了关于极化反转背后的原子尺度机制的问题。本文报道了室温下铁磁性和铁电性相结合的材料$ε$ -Fe_2 O_3薄膜的非常规铁电开关。高分辨率原位扫描透射电子显微镜（STEM）实验和第一性原理计算表明，在$ε$ -Fe 2 O3中的极化反转仅发生在预先存在的畴壁周围，在250 - 500 kV/cm的中等电场中触发局部畴壁运动。计算表明，在畴壁开关的激活势垒是近四分之一，对应于最有可能的过渡路径内$ε$ -Fe 2 O 3域。此外，畴壁提供对称性降低，这被证明是必要的铁电开关。$ε$ -Fe 2 O3中的局部极化反转限制了宏观铁电响应，并为如何在其他相关铁电材料中通过畴结构设计来定制铁电性能提供了重要提示。
2019-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Giant spin shift current in two-dimensional altermagnetic multiferroics VOX$\mathrm{_2}$
本研究通过对称性分析和第一性原理计算证实VOX₂（X=Cl、Br、I）单层为二维铁电变磁体，发现其具有强磁电耦合、可调自旋分裂及异常大的自旋位移电流（330.072 μA/V²），为多铁性材料应用提供新平台。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of spontaneous polarization in multiferroic BiFeO$_3$
采用密度泛函理论和LSDA+U方法，在局域自旋密度近似下计算了铁电体BiFeO $_3$的基态结构和电子性质.晶体结构被计算为菱形空间群$R3c$，电子结构被发现是绝缘和反铁磁的，都与现有的实验非常一致。预测了90-100 $μ$ C/cm $^2$的大铁电极化，与铁电相中的大原子位移和最近的实验报告一致，但与早期实验相差一个数量级。一种可能的解释是，后者可能遭受了大的泄漏电流。然而，过去和当代的测量结果与现代偏振理论相一致，这表明报告的偏振范围可能对应于结构空间中不同的切换路径。需要对充分表征的散装样品进行现代测量，以证实这一解释。
2004-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning order-by-disorder multiferroicity in CuO by doping
高居里温度的多铁性化合物CuO具有准方生磁基态，这使得它易于通过所谓的"有序-无序“机制进行操纵。补充有蒙特卡罗模拟的第一原理计算和实验表明，等价掺杂允许稳定原始材料相图的非铁电区域中的多铁性相，其中实验用5%的Zn掺杂达到铁电温度窗口的250%加宽。我们的研究结果验证了准生基态在高温下促进CuO多铁性的重要性，并为新的多铁性材料的材料工程开辟了一条道路。
2014-03-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroic Dark Excitonic Mott Insulator in the Breathing-Kagome Lattice Material Nb$_3$Cl$_8$
University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Federal Urdu University of Arts, Sciences and Technology（联邦乌尔都艺术、科学与技术大学）；Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究利用第一性原理GW-Bethe-Salpeter理论，发现单层Nb$_3$Cl$_8$中存在暗自旋三重态Frenkel激子，证实其为可能在室温下稳定的多铁暗激子Mott绝缘体，为二维关联量子相开辟了新途径。
2025-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling multiferroic proximity effect in graphene
我们证明了石墨烯的电子和磁性可以通过多铁性衬底的接近来调节。我们的第一性原理计算在有和没有自旋轨道耦合的情况下都清楚地表明，通过将石墨烯与铋铁氧体BiFeO $_3$（BFO）膜接触，石墨烯的自旋相关电子结构受到下面的BFO中的磁序和电极化的强度的强烈影响。基于从石墨烯能带结构中提取的哈密顿参数，我们提出了一种基于探索多铁邻近效应引起的显著邻近电（PER），磁（PMR）和多铁（PMER）电阻效应的六电阻器件的概念。这一发现为二维材料中磁性的多铁性控制铺平了道路。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity in the multiferroic barium fluorides BaMF4
我们提出了第一性原理研究的一系列多铁性氟化钡的组成BaMF 4，其中M是Mn，Fe，Co，或Ni。我们讨论的结构，电子和磁性的趋势，我们表明，在这些系统中的铁电性的结果从“冻结”的一个单一的不稳定的极性声子模式。与标准钙钛矿铁电体的情况相反，这种结构畸变不伴随阳离子和阴离子之间的电荷转移。因此，在多铁性氟化钡中的铁电不稳定性仅仅是由于尺寸效应和底层晶体结构的特殊几何约束而产生的。
2006-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-Phonon Coupling and High-Temperature Phase Transition in Multiferroic Material YMnO3
我们已经进行了随温度变化的非弹性中子散射测量YMnO 3在温度范围50 - 1303 K，涵盖了反铁磁顺磁转变（70 K），以及铁电顺电转变（1258 K）。测量是伴随着第一性原理计算的声子谱的解释和分析的目的，在室温铁电（P63 cm）和高温顺电（P63/mmc）六方相的YMnO 3的测量声子谱。实验和第一原理计算的声子谱的比较突出明确的自旋-声子耦合字符YMnO 3。磁性和非磁性声子计算的显著差异进一步支持了这一点。计算出的Y和Mn原子的原子部分声子贡献不受磁相互作用的影响，而O原子的动力学贡献则发生变化。这突出了磁性Mn阳离子之间的超交换相互作用的作用，介导的O桥。声子色散关系也被计算，在整个布里渊区，为两个六方相。在高温阶段，不稳定的声子模式在K点突出。在K点的位移模式表明，该模式与稳定模式在Γ点的冻结可能导致低温（P63 cm）相的稳定，并诱导铁电性。此外，我们还估计了模式Grüneisen参数和体积热膨胀行为。后者被发现同意与现有的实验数据。
2015-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Colossal room-temperature electrocaloric strength aided by hydrostatic pressure in lead-free multiferroic solid solutions
针对电热效应固态冷却存在的工作温度偏离室温、材料含铅、所需电场大的问题，提出对无铅多铁BFCO固溶体施加静水压力的方案，经第一性原理模拟验证可将电热效应调至室温附近、大幅降低驱动电场，获得比常规铁电体高数个数量级的巨室温电热强度。
2023-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the surface polarization in polar perovskites studied from first principles
用第一性原理研究了极性钙钛矿BaTiO $_3$和PbTiO $_3$的（001）面。对于这两种情况下的极化，最稳定的TiO-终止界面显示固有的铁电性。在最顶层中，其中O原子在Ti上方$>$ 0.1 μ m处，这导致电子状态的金属性而不是绝缘性行为，这可能对多铁性隧穿结具有重要意义。
2008-02-21 cond-mat.mtrl-sci
