Multiferroicity and Magnetoelectric Coupling in TbMnO3 Thin Films
本文报道了用脉冲激光沉积法在掺Nb的SrTiO_3（001）衬底上生长多铁性TbMnO_3薄膜及其功能特性。通过进行详细的磁性和铁电性能的测量，我们表明，在大块晶体中已知的自旋起源的多铁性可以成功地转移到TbMnO 3薄膜。同时，观察到异常的磁性转变和不寻常的磁电耦合有关的Tb的时刻，这表明在薄膜中的Tb的修改的磁配置相比，散装对应物。此外，它被发现，磁电耦合启用Tb矩甚至可以看到远高于Tb自旋有序温度，这提供了一个更大的温度范围内的磁电控制涉及Tb矩。
2015-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theoretical prediction of multiferroicity in double perovskite Y$_2$NiMnO$_6$
在{ \it ab initio}密度泛函计算的基础上，提出了R $_2$ NiMnO $_6$族（其中$R$为稀土原子）双钙钛矿结构作为一类新的多铁性材料.我们发现，改变$R$从La到Y驱动的基态从铁磁反铁磁与$\uparrow\uparrow\downarrow\downarrow$自旋模式。这种$^*$型的有序化破坏了反转对称性，产生了少量$μC/cm^2$的铁电极化.通过分析模型的哈密顿量，我们了解这种转变的微观起源，并表明，外部电场可以用来调整过渡，从而使电气控制的磁化。
2009-09-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Universality of Type-II Multiferroicity in Monolayer Nickel Dihalides
Aalto University（阿尔托大学）
研究通过单层NiBr₂验证II型多铁性在过渡金属二卤化物中的普遍性，揭示了磁电相稳定性可通过化学取代调控。
2026-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiferroicity, The coupling between magnetic and polarization
多铁性是指两种或两种以上基本铁性共存的多功能材料，是近年来凝聚态物理和材料科学研究的热点之一。多铁性材料中多个序参量的共存带来了新的物理现象，并为新的器件功能提供了可能。多铁性研究活动的复苏是由一些新的发现和概念，实验和理论证明。在这篇评论文章中，我们概述了一些进步的里程碑，在这一刺激领域，特别是对于那些单相多铁性的磁性和铁电性共存。首先，我们将重点介绍多铁性的物理概念和当前将磁性和铁电性整合到单相系统中的挑战。随后，我们将总结用于组合这两种订单的各种策略。特别关注三种新的多铁性产生机制：（1）由打破空间反转对称性的自旋序（如螺旋和E相反铁磁自旋序）诱导的铁电性，（2）源于电荷有序态的铁电性，（3）铁磁有序系统。然后，我们将讨论元激发，如电磁振子，和应用潜力的多铁性。最后，展望了存在的问题和机遇。
2009-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroicity with coexisting isotropic and anisotropic spins in Ca$_{3}$Co$_{2-x}$Mn$_{x}$O$_{6}$
我们通过高场测量磁化强度（$M$）、磁致伸缩（$L$（$H$）/$L$）、电极化（$P$）和磁热效应研究了Ca $_3$ Co $_{2-x}$ Mn $_{x}$ O $_6$（$x \sim$ 0.97）的磁性和多铁性。本研究也提供了洞察零和低磁场的磁结构和磁电耦合机制。我们测量了$M$和$Δ$ $L$ / $L$高达92 T的脉冲磁场，并确定了饱和力矩和磁场。关于Co $^{2+}$和Mn $^{4+}$离子的自旋状态的有争议的话题，我们发现了两种离子的$S$ = 3/2自旋的证据，没有磁场诱导的自旋状态交叉。我们的数据还表明Mn $^{4+}$自旋是准各向同性的，并且在10 T的外加磁场中在$ab$ -平面中产生分量。这些自旋在85 T时才达到饱和，而Ising Co $^{2+}$自旋在25 T时达到饱和。此外，我们的研究结果表明，在10 T附近的磁场抑制电极化的机制是翻转的Mn $^{4+}$自旋到$ab$ -平面，表明适当的模型必须包括伊辛和准各向同性自旋的共存。
2014-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetoelectric studies on polycrystalline FeVO4
我们报告的磁性，介电和铁电性能的多晶铁钒酸盐（FeVO 4），这是最近发现，在低温下表现出多铁性与非共线磁有序。系统地研究了高达9T的外加磁场对这些性能的影响。强磁场除了抑制铁电相变外，还在较低的温度下诱导了二次铁电相变。相应的磁化强度测量揭示了低温下的场致变磁转变。我们的研究结果将有助于阐明FeVO4复杂的磁性结构和多铁性的微观机制。
2011-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Sliding multiferroicity in hexagonal stacked CrI3
本研究通过堆叠序工程在极性六方堆叠CrI3中实现新型滑动多铁性，利用层间自旋极化电荷转移实现0.4V低电压非易失性磁翻转，为低功耗二维电子与自旋电子器件提供新途径。
2025-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic origin of large negative magneto-electric coupling in Sr$_{1/2}$Ba$_{1/2}$MnO$_{3}$
结合从头算密度泛函和模型哈密顿方法，我们建立，在最近发现的多铁性相的锰氧化物Sr $_{1/2}$ Ba $_{1/2}$ MnO $_{3}$的Mn和O离子的极性畸变是稳定通过增强面内Mn-O杂化。磁超交换相互作用对极性键弯曲畸变非常敏感，这种依赖性直接导致了强磁电耦合。这种新的机制，多铁性是一致的实验观察到减少铁电极化后发病的磁有序。
2012-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Local multiferroic ordering at room temperature in collinear magnetoelectric antiferromagnets induced by flexo-Zeeman coupling
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.（德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心）；Faculty of Physics of Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学物理学院）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）；Department of Applied Physics, KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院应用物理系）
本文在简单氧化物Cr2O3中实验证明了特定畴壁可作为室温多铁区域，其机制源于交换作用的各向异性晶体对称性依赖，适用于双亚点阵反铁磁体，为高温自旋驱动多铁性在磁电自旋轨道存储与逻辑中的应用奠定基础。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Realization of Semiconducting Layered Multiferroic Heterojunctions via Asymmetrical Magnetoelectric Coupling
二维（2D）半导体多铁性材料能够有效地耦合磁性和极化（P）有序，在纳米尺度的基础研究和技术应用中具有重要意义，但在自然界中却很少见。在这项研究中，我们提出了一个通用的机制，通过VDW异质结工程实现半导体二维多铁性，如在一个典型的异质结构组成的磁性双层CrI 3（双CrI 3）和铁电单层In 2Se 3。有趣的是，Se 4p和Cr 3d轨道之间的新型间接轨道耦合，由界面I 5 p轨道介导，在相反的P配置中是可切换的，从而导致意想不到的强非对称磁电耦合机制。因此，随着In_2Se_3引起的铁电势垒的显著增加，在相反的P组态中实现相反的磁序最终导致了Bi-CrI_3/In_2Se_3的新颖的多铁性。最后，我们证明，我们的机制一般可以应用到设计其他VDW多铁性，即使层厚度可调。
2020-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-dictated switching of antiferromagnetic magnon transport in 2D multiferroics
School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University（山东大学物理学院晶体材料国家重点实验室）
研究通过多铁性与磁子几何相位耦合，实现反铁磁磁子传输的非易失切换，揭示了磁子 Berry 曲率调控机制。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic origin of multiferroic order in monolayer NiI$_2$
$_2$多层膜中多铁性行为的发现为范德华单层膜中的铁电破缺提供了一种新的状态，其特征是在$T=21$ K的临界温度下同时出现螺旋磁有序和铁电有序。然而，NiI $_2$单分子层中多铁性有序的微观起源尚未建立，特别是非共线磁性和自旋轨道耦合在该化合物中的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们揭示了二维多铁性的起源在镍$_2$使用第一性原理电子结构方法。我们表明，helmagnetic状态出现作为一个结果的远程磁交换相互作用，具有相当大的磁矩的碘原子。我们表明，占铁电秩序的电子密度重建出现从非共线磁性和自旋轨道耦合的相互作用。我们证明了铁电有序是由碘自旋-轨道耦合控制的，并导致晶格中的相关电子驱动畸变。我们的研究结果建立了单层NiI $_2$中多铁性行为的微观起源，提出了螺旋磁序和配体自旋轨道耦合共存是二维材料中多铁性行为的驱动力。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Microscopic origin of magnetoferroelectricity in monolayer NiBr$_{2}$ and NiI$_{2}$
该研究利用第一性原理计算揭示单层 NiBr$_{2}$ 与 NiI$_{2}$ 的磁基态及电极化机制，区分 gKNB 与 p-d 杂化贡献。
2025-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Magnetism and trend in $T_{c}$ in Cr-based double perovskites: Interplay of two driving mechanisms
采用第一性原理密度泛函方法，结合第一性原理构造的低能模型哈密顿量的求解，研究了Cr基双钙钛矿系列Sr $_2$ CrB $'$ O $_6$（B $'$ =W/Re/Os）的磁性起源和$T_c$趋势.我们的研究表明，在Sr $_2$ CrB $'$ O $_6$（B $'$ =W/Re/Os）系列中明显令人困惑的$T_c$趋势可以从杂化驱动机制和超交换机制的相互作用来理解。
2011-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Hinge-Like Mechanism in Single-Layer Black Phosphorus: the Angle-Angle Cross Interaction
单层黑磷的特征在于其具有类似铰链机制的褶皱结构，这导致了高度各向异性的面内泊松比和面外泊松比为负。我们发现，铰链状机制可以归因于角-角交叉相互作用，结合键拉伸和角弯曲相互作用，是能够提供一个很好的描述在单层黑磷的机械性能。我们还提出了一个非线性的角度-角度交叉相互作用，它遵循的Stillinger-Weber势的形式，有利于分子动力学模拟的单层黑磷在大变形。
2016-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Origin of traps and charge transport mechanism in hafnia
在这项研究中，我们从实验和理论上证明了氧空位是负责在HfO $_2$的电荷输运。基于声子辅助隧穿模型，假设电子陷阱为氧空位，得到了与实验值吻合较好的电流-电压特性曲线.根据电荷输运实验确定HfO $_2$的热陷阱能为1.25 eV。
2014-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic origins of the phase transition mechanism in Ge2Sb2Te5
结合静态和分子动力学第一性原理计算用于确定Ge2Sb2Te5的亚稳结晶和非晶相之间的直接结构联系。发现该相变是由Ge原子沿岩盐[111]方向从稳定八面体位置向靠近本征空位区的高能不稳定四面体位置位移驱动的，并导致局部4重配位基序的形成.我们的分析表明，Ge2Sb2Te5的高品质因数是由Sb2Te3提供的本征空位和GeTe提供的四面体位置的不稳定性的最佳组合实现的。
2009-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Complex structures in the Au-Cd alloy system: Hume-Rothery mechanism as origin
二元（简单金属）相图Au-Cd包含许多具有各种扭曲、超晶格和空位的金属间化合物。为了理解这些结构复杂性和它们的相稳定性的原因，我们在费米球-布里渊区相互作用的框架下，在近自由电子模型中分析了这些晶体结构。对布里渊-琼斯组态与近自由电子费米球的关系的研究为价电子能量对相稳定性的贡献的重要性提供了见解。在倒易空间中对这些复杂结构的表示阐明了它们与简单基本细胞的关系。这种方法显示了附加平面对超晶格稳定性的重要性。AuCd-hP 18、AuCd 3-hP 24和AuCd 4-hP 273结构与AuCd-cP 2通过超晶格和空位的菱面体畸变有关。
2015-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Origin of Non-Zone-Center Phonon Condensations: Octahedral Rotations as A Case Study
不稳定的区界声子模式驱动原子位移与丰富的属性。然而，不稳定性的电子起源仍有待明确解释。在这里，我们提出，属于不同波矢的布洛赫态之间的键合相互作用导致通过伪或二阶Jahn-Teller效应的不稳定性。我们的第一性原理计算和基于表象理论的分析表明，阴离子配位八面体的旋转，一个典型的例子，带边界声子凝聚，是由这种键合机制。所提出的机制对任何非带心声子凝聚都是通用的，并且可以提供一种理解晶体中结构相变起源的一般方法。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
On the Origins of Tension--Compression Asymmetry in Crystals and Implications for Cyclic Behavior
大多数晶体材料在交变方向上受到机械载荷时，其变形曲线上都表现出滞后现象。这种包辛格效应是存在于原子尺度上的机制的标志，并控制材料的损坏和最终的失效。在这里，位错动力学的三维模拟和微观结构演化的统计分析揭示了两个原始的基本机制。位错网络结中的不对称性所产生的应力驱动的曲率和部分可逆性的塑料雪崩给出了一个解释FCC单晶中观察到的牵引压缩不对称性。这些机制，然后连接在一个物理上合理的方式使用位错密度为基础的理论，以更大规模的表示。包辛格效应和应变硬化在循环变形过程中，在不同的材料，并在一个范围内的加载方向和不同的塑性应变振幅的参数的预测被发现是非常符合实验。这项工作为解释实验和设计结构部件以巩固其在循环载荷下的使用寿命带来了宝贵的机械见解。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of recrystallization process in epitaxial GaN under dynamic stress field - Atomistic origin of planar defect formation
利用拉曼光谱对压痕法在外延GaN（1000）薄膜中引入的再结晶机制进行了晶格动力学研究。再结晶区域由显微拉曼区域映射确定。加载线中的爆裂表明位错的形核和位错的攀移。在压痕中心的应力场作用下，晶格原子发生塑性运动，从而引发再结晶过程。一个平面缺陷迁移机制的演变。空位迁移的一个关键作用是指出，第一次，作为速率限制因素的位错动力学启动GAN中的再结晶过程。
2009-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Microscopic origin of Magnetic Ferroelectrics in Nonlinear Multiferroics
一个简单的，但一般的微观机制来理解之间的相互作用的电和磁的自由度的发展。在该机制内，磁结构产生电流，其从自旋轨道耦合感应出平衡电流。当磁结构用单序参量描述时，电极化的强度由单自旋轨道耦合参量决定，预测材料为半绝缘体。这种机制提供了一个简单的估计值的铁电性，并设置一个物理限制。
2007-09-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Evidence of Slater-type mechanism as origin of insulating state in Sr2IrO4
对于具有大的空间扩展5d轨道的虹彩酸盐，可以预期远邻相互作用将在其基态性质中起关键作用。从这个角度来看，我们调查Sr 2 IrO 4的磁结构，包括超越第一和第二邻居的相互作用，通过超级电池建模。采用第一性原理标量相对论方法，发现各种磁性结构中总能量最小的对应于Ir离子的up-up-down-down型反铁磁有序，其电子能隙大小、Ir局域磁矩大小以及Sr_2IrO_4的光电导谱中双峰结构的复制与实验结果符合得很好.结果明确的证据表明，在Sr 2 IrO 4的电子间隙的起源是由于一个非常规的反铁磁有序的Ir离子，从而分类系统作为一个斯莱特磁铁，而不是自旋轨道耦合驱动杰夫= 1/2莫特绝缘体。
2018-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Growth Mechanism and Origin of High $sp^3$ Content in Tetrahedral Amorphous Carbon
基于密度泛函理论数据训练的机器学习原子间相互作用势，利用分子动力学模拟研究了四面体非晶碳（ta-C）薄膜的沉积.对于第一次，高$sp^3$分数超过85%的实验观察到的再现通过计算模拟，和薄膜的特性的沉积能量的依赖性也被准确地描述。对原子相互作用的潜力和直接访问的高置信度使我们能够推断这种材料的微观生长机制。虽然普遍的看法是，ta-C增长的“subplantation”，我们表明，所谓的“喷丸”模型实际上是占主导地位的机制负责高$sp^3$内容。我们发现，压力波导致键重排远离入射离子的影响网站，和高$sp^3$分数产生从三个和四个协调的碳原子之间的过渡微妙的平衡。这些结果为微观理解碳纳米结构的形成打开了大门，具有前所未有的预测能力。
2018-04-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism for asymmetric charge distribution in Rashba-type surface states and the origin of the the energy splitting scale
详细研究了Rashba型带分裂的微观机制。我们展示了如何形成不对称的电荷分布时，本地轨道角动量（OAM）和晶体动量得到联锁由于表面效应。当这种OAM和晶体动量相关的不对称电荷分布被放置在由反转对称破缺（ISB）产生的电场中时，哈密顿量中的静电能量项出现。利用有效哈密顿量的分析表明，随着原子自旋轨道耦合（SOC）强度由弱到强的增加，最初的OAM猝灭态演化为定义明确的手征OAM态，然后演化为总角动量J态.此外，能带分裂的能量尺度从原子SOC能量转变为静电能量。为了验证模型的正确性，我们利用d轨道的有效哈密顿量研究了Au（111）体系的OAM和自旋结构.对于强SOC区，我们选择Bi_2Te_2Se作为原型系统。我们进行了圆二色性角分辨光电子能谱实验以及第一性原理计算。我们发现，有效模型可以解释各个方面的自旋和OAM结构的系统。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms and origins of half-metallic ferromagnetism in CrO2
在化学计量的过渡金属氧化物中，二氧化铬（CrO2）提供了一个罕见的金属铁磁性的例子。使它更引人注目的是半金属电子结构。CrO2被广泛应用于磁记录领域，被认为是一种很有前途的自旋电子材料。然而，关键问题是"为什么它是铁磁性的？尽管普遍对CrO2的问题和实际重要性感兴趣，但在很大程度上仍然没有答案。在目前的工作中，我们挑战这个问题相结合的第一性原理电子结构计算模型哈密顿方法和现代多体方法治疗电子相关性。我们的分析表明，这个问题确实是非常重要的：乍一看，CrO2的铁磁性可以很容易地解释由洪德规则相关的交换过程中的窄t2g带。然而，在动力学平均场论的框架中严格处理的电子关联倾向于使这种状态不稳定。如果除了t2 g带的常规动能变化之外，考虑到其他机制，包括氧带的直接交换和磁极化，铁磁性重新出现。我们将展示如何使用第一性原理电子结构计算来评估所有这些贡献。我们的结果解释了铁磁态的整体稳定性，并为理解CrO2的磁性提供了坚实的微观基础。
2015-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Direct imaging of current-induced antiferromagnetic switching revealing a pure thermomagnetoelastic switching mechanism
我们解开绝缘反铁磁体/重金属系统的电流感应磁开关的起源。我们利用并行传输和磁光测量图像的反铁磁畴在专门设计的NiO/Pt双层器件的开关。不同的电脉冲和器件几何形状揭示了相对于电流方向的切换的不同的最终状态。我们可以解释这些通过模拟的温度引起的应变，我们确定的热磁弹性开关机制结合热激发的起源，其中的最终状态定义的应变分布和热量是需要切换的反铁磁畴。我们表明，这样一个潜在的非常通用的非接触机制可以解释以前报道的相互矛盾的观察切换的最终状态，这是由于自旋轨道扭矩机制。
2020-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Common mechanism of thermodynamic and mechanical origin for ageing and crystallisation of glasses
已知玻璃态经历缓慢的结构弛豫，其中系统逐渐探索较低的自由能最小值，其为无定形（老化）或结晶（失透）。最近，人们越来越感兴趣的不寻常的间歇性集体位移的大量粒子被称为“雪崩”。然而，其结构根源和动态尚未得到充分处理。在这里，我们研究硬球玻璃，结晶或年龄取决于大小多分散性的程度，并表明，少量的颗粒被critically驱动重新排列在低密度和键取向顺序的区域。这导致机械平衡的瞬时损失，这促进了大的级联运动。结合以前确定的现象学，我们有一个完整的动力学途径的结构变化，这是共同的老化和结晶。此外，这表明瞬态力平衡是区别玻璃和过冷液体的原因。
2017-08-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
