一个联合的理论方法，结合宏观对称性分析与微观方法（密度泛函理论和模型集群哈密顿），揭示在Ba 2CoGe 2 O 7的磁电性。我们表明，最近报道的实验趋势极化引导磁场的唯象朗道理论的基础上可以预测。从微观方面来看，Ba 2CoGe 2 O 7是一类磁电材料的原型，其中磁自由度和偶极自由度之间的交叉耦合需要，作为主要成分，现场自旋轨道耦合和自旋相关的O p - Co d杂化，以及与非中心对称结构对称性和CoO 4四面体的特殊配置相关的结构约束。
英文摘要：
A joint theoretical approach, combining macroscopic symmetry analysis with microscopic methods (density functional theory and model cluster Hamiltonian), is employed to shed light on magnetoelectricity in Ba2CoGe2O7. We show that the recently reported experimental trend of polarization guided by magnetic field can be predicted on the basis of phenomenological Landau theory. From the microscopic side, Ba2CoGe2O7 emerges as a prototype of a class of magnetoelectrics, where the cross coupling between magnetic and dipolar degrees of freedom needs, as main ingredients, the on-site spin-orbit coupling and the spin-dependent O p - Co d hybridization, along with structural constraints related to the noncentrosymmetric structural symmetry and the peculiar configuration of CoO4 tetrahedrons.
Ab-initio prediction of magnetoelectricity in infinite-layer CaFeO2 and MgFeO2
基于密度泛函的模拟研究了铁基氧化物的磁电效应，发现铁基氧化物具有独特的层状结构。我们从理论上预测CaFeO 2是一个有前途的磁电，显示磁控大电极化的强度，甚至可能高于室温。磁和偶极自由度之间的交叉耦合的需要，作为主要成分，铁网站的自旋轨道耦合和自旋依赖的O p - Fe d杂化，以及与非中心对称的点群和特殊的几何结构，其特征在于由“扁平”的FeO 4四面体的结构约束。为了增强磁电效应，我们进行了材料设计，导致一种新的和优化的系统，MgFeO 2，其中较大的O 4四面体畸变导致更强的极化。
Linear magnetoelectric effect as a signature of long-range collinear antiferromagnetic ordering in the frustrated spinel CoAl2O4
A位阻挫磁性尖晶石CoAl_2 O_4的基态是共线反铁磁有序态还是螺旋自旋液态一直是一个有争议的问题，因为两种竞争相互作用的比值J_2/J_1位于这两种基态的边界附近。本文通过对磁电效应的研究和蒙特卡罗模拟，讨论了不同Co2+/Al 3+位序的CoAl 2 O 4的磁基态.低位序CoAl 2 O 4在磁有序温度以下表现出线性磁电效应。随着无序度的增加，磁电效应被抑制，并且具有14%无序度的样品表现出没有磁电效应的自旋玻璃行为。蒙特卡罗模拟支持了实验结果，并表明位序无序抑制了长程反铁磁有序并诱导了自旋玻璃态。由于线性磁电效应需要长程磁有序，我们认为低位无序的CoAl_2 O_4的基态是共线反铁磁体。
Terahertz frequency magnetoelectric effect in Ni doped CaBaCo$_4$O$_7$
研究了亚铁磁热释电CaBaCo $_4$ O $_7$及其Ni掺杂变体的太赫兹磁电效应.这些材料的太赫兹吸收光谱由自旋激发和低频红外活性声子组成。我们研究了在高达17 T的磁场中磁场诱导的太赫兹折射率和吸收的变化。我们发现，磁场调制近1.2和1.6太赫兹的红外活性光学声子的强度。我们使用洛伦兹模型的介电函数来分析测量的磁场依赖性的折射率和吸收。我们建议，大部分的磁电效应是由1.6太赫兹附近的光学声子和更高的频率共振。我们的实验结果可以用来构建和验证更详细的理论描述的磁电在CaBaCo $_{4-x}$ Ni $_x$ O $_7$。
Confirming the trilinear form of the optical magnetoelectric effect in the polar honeycomb antiferromagnet Co$_{2}$Mo$_3$O$_8$
磁电现象与相对论效应密切相关，并且还需要材料打破空间反演对称性和时间反演不变性。磁电耦合可以显著地影响光-物质相互作用并导致非互易光传播。在这里，我们确认在一个充分的实验基础上，没有调用任何基于几何或材料特定的假设，在材料中的光学磁电效应与非平行磁化（$\boldsymbol{M}$）和电极化（$\boldsymbol{P}$）产生的折射率，$δn\propto\boldsymbol{k}\cdot(\boldsymbol{P}\times\boldsymbol{M})$，其中$\boldsymbol{k}$是光的传播矢量三线性项。其尖锐的磁电共振，即同时是电和磁偶极主动激发，使Co $_{2}$ Mo $_3$ O $_8$成为通过$\boldsymbol{M}$、$\boldsymbol{P}$和$\boldsymbol{k}$的独立变化来证明这种基本关系的理想化合物。值得注意的是，该材料在中等磁场中的某些磁电共振下显示出几乎完美的单向透明性。
Strong magnetoelastic effect on the magnetoelectric phenomena of TbMn$_{2}$O$_{5}$
对TbMn $_{2}$ O $_{5}$的磁电磁化率（$α$）、磁化强度（$M$）和磁致伸缩（$u$）的比较研究表明，由于场致Tb $^{3+}$自旋取向而引起的$M$的增加在$α(H)$曲线中形成了场不对称的线形，在低温无公度相中很明显，但在整个铁电相中持续存在。电极化、$u$和$M^{2}$变化之间的相关性表示线性关系，明确地显示Tb磁弹性效应对TbMn $_{2}$ O $_{5}$的低场磁电现象的重要作用。一个有效的自由能捕获所观察到的实验功能也建议。
Topological Magnetoelectric Switching on the Atomic Scale
MnBi 2 Te 4系列的内禀磁性拓扑绝缘体有望实现轴子绝缘体，轴子绝缘体是一种理论上预测的能够相互转换电信号和磁信号的物质状态，其性质令人想起宇宙学的轴子暗物质。在这里，我们报告的第一个实验实现的室温轴子单自旋开关的拓扑超材料MnBi2Te3。在扫描隧道显微镜（STM）实验中，通过使用STM针尖去除MnBi2Te4表面的Te原子层，原位产生了超材料。室温STM研究MnBi2Te3揭示了原子尺度的变化交换间隙和形成纳米级自旋气泡钉扎在亚表面缺陷。我们发现，利用STM针尖的局部电场，MnBi_2Te_3中的单个自旋态可以被可逆地转换，其磁电响应与理论预测的轴子绝缘体的响应相当。所观察到的拓扑表面磁性显着高于体Néel温度。
Multiferroic rust: magnetoelectric effect in göthite, $α$-FeOOH
通过对称性分析、密度泛函理论计算和蒙特卡罗模拟我们证明了针铁矿$α$ -FeOOH在低于Néel温度$T_{\rm N}=400$ K时是线性磁电体.实验观察到的磁场诱导自旋翻转相变的结果是电极化的强度的方向改变或抑制。磁电系数计算值为0.24 $μ$ C m $^{-2}$ T $^{-1}$。针铁矿在自然界中的丰度使其成为最广泛的磁电材料。
Experimental and first-principles studies of magnetism and magnetoelectric effect in Co4Nb2O9 and Co4Ta2O9
我们报告的磁电（ME）化合物Co 4 Nb 2 O 9和Co 4 Ta 2 O 9的联合实验和理论研究的结果。在实验方面，我们提出的结果的磁化强度和介电常数测量的磁场。在理论方面，我们构建了低能量Hubbard型模型的磁活性Co 3d带的Wannier基础上，使用第一性原理电子结构计算的输入，解决这个模型中的平均场Hartree-Fock近似，并评估电极化的强度的Berry相位理论。实验和理论结果都表明Co_4Ta_2O_9比Co_4Nb_2O_9的磁性更软。因此，可以合理地预期Co 4 Ta 2 O 9的反铁磁结构可以通过外部磁场更容易地变形，产生更大的极化。我们的理论计算确实再现了这种趋势，但似乎与极化和介电常数的实验行为不一致。因此，我们认为，应该有一个隐藏的机制控制ME耦合在这些化合物中，可能与磁致伸缩或自发变化的磁结构，这打破了反转对称性。此外，我们认为，与其他ME系统（如Cr2 O3），在Co 4 Nb 2 O 9和Co 4 Ta 2 O 9有两个结晶亚晶格，这有助于ME效应。这些贡献被发现是相反的符号，并倾向于相互补偿。后一种机制也可用于控制和逆转这些化合物中的电极化的强度。
Magnetic Structural Unit with Convex Geometry: a Building Block Hosting an Exchange-striction-driven Magnetoelectric Coupling
我们进行了实验和理论相结合的磁场（$B$）诱导的反铁磁材料Pb（TiO）Cu $_4$（PO $_4$）$_4$，其结构的特点是由一个交错排列的Cu $_4$ O $_{12}$磁性单元的凸几何形状称为正方形冲天形的演变的磁性和铁电性能的研究。我们的实验表明，$B$诱导的相变从先前报道的低$B$线性磁电相到新的高$B$磁电相，伴随着电极化的强度的90 $^\circ$翻转和巨大的磁介电效应.此外，我们观察到一个$B$诱导的符号反转的铁电极化在高$B$相。我们的模型和第一性原理计算表明，所观察到的复杂的磁电行为很好地解释在每个铜$_4$ O $_{12}$单元中产生的$B$依赖电极化的强度的所谓的交换收缩机制。本研究表明，基于凸形磁结构单元的材料设计值得探索，以发展强磁电耦合。
Phenomenological Landau analysis of predicted magnetoelectric fluorides: KMnFeF$_{6}$ and Ba$_{2}$Ni$_{7}$F$_{18}$
最近，我们预测基于对称性的考虑，$_{6}$和Ba $_{2}$ Ni $_{7}$ F $_{18}$可能是磁电多铁性材料。在这篇文章中，我们用朗道理论和晶体结构的考虑来研究这些材料中的极化和线性磁电效应。基于这两个例子，我们表明，任何磁铁电将显示额外的电极化低于其磁有序温度。这种额外的电极化与线性磁电效应无关。它的大小取决于介电磁化率。
Evidence for two spin-glass transitions with magnetoelastic and magnetoelectric couplings in the multiferroic (Bi$_{1-x}$Ba$_x$)(Fe$_{1-x}$Ti$_x$)O$_3$ system
Magnetoelectric Effect driven by Magnetic Domain Modification in LuFe2O4
利用交流阻抗谱研究了LuFe 2 O 4单晶的磁电容效应。在磁场作用下，本征阻抗响应可与界面响应分离，并在TFerri ~ 240 K以下显示出明显的磁滞回线。磁场作用下的中子衍射实验证实了介电性质的起源与纳米尺度的铁磁畴边界运动有关。这些结果表明，微观畴结构的修改是负责在LuFe 2 O 4的磁电效应。
