Ca_(0.5)Ba_(0.5)MnO_3多铁性的第一性原理

利用第一性原理电子结构计算方法,通过对CaMnO_3, BaMnO_3的软声子模式分析,构造出一种Ca_(0.5)Ba_(0.5)MnO_3(CBMO)合金结构.此合金可同时具有源于Mn原子的铁电(ferroelectric, FE)性与铁磁(ferromagnetic, FM)性,其中G型反铁磁(antiferromagnetic,AFM)构型下的电极化强度为6.70μC/cm~2,铁磁构型下的电极化强度为23.214μC/cm2.其产生的机制是半径较大的Ba原子可导致晶格发生应变,产生有效负压,减弱CaMnO_3的反铁畸变(antiferrodistortive, AFD)模对铁电模的抑制,进而诱导铁电极化.此性质意味着这种材料在磁场的作用下,由G型反铁磁构型转变为铁磁构型时的电极化强度会发生显著变化.基于第一性原理电子结构计算给出的不同磁结构总能,进一步拟合出了海森堡模型的参数,并针对其哈密顿量展开了有限温度下的Monte-Carlo模拟,模拟出的奈尔温度为70 K.这些结果从理论层面提出了一种新型的、源于相同原子的,并可能提供有效磁电耦合的多铁材料,并且可以为今后类似系统的相关实验提供理论参考.