Oxygen Deficiency and Migration-Mediated Electric Polarization in Magnetic Fe,Co-Substituted SrTiO3−δ

氧气 缺氧 极化(电化学) 材料科学 凝聚态物理 化学 化学物理 物理 物理化学 有机化学
作者
Emilio A. Cortés Estay,Shyue Ping Ong,Caroline A. Ross,Juan M. Florez
出处
期刊:Magnetochemistry [MDPI AG]
卷期号:8 (11): 144-144 被引量:1
标识
DOI:10.3390/magnetochemistry8110144
摘要

We use density functional theory (DFT) calculations to show that oxygen vacancies (vO) and mobility induce noncentrosymmetric polar structures in SrTi1−x−yFexCoyO3−δ (STFC, x=y=0.125) with δ={0.125,0.25}, enhance the saturation magnetization, and give rise to large changes in the electric polarization |ΔP|. We present an intuitive set of rules to describe the properties of STFC, which are based on the interplay between (Co/Fe)-vO defects, magnetic cation coordination, and topological vacancy disorder. STFC structures consist of layered crystals with sheets of linearly organized O4,5,6-coordinated Fe–Co pairs, sandwiched with layers of O5-coordinated Ti. (Co/Fe)-vO defects are the source of crystal distortions, cation off-centering and bending of the oxygen octahedra which, considering the charge redistribution mediated by vO and the cations’ electronegativity and valence states, triggers an effective electric polarization. Oxygen migration for δ=0.125 leads to |ΔP|>∼10 µC/cm2 due to quantum-of-polarization differences between δ=0.125 structures. Increasing the oxygen deficiency to δ=0.25 yields |ΔP|, the O migration of which resolved polarization for δ=0.25 is >∼3 µC/cm2. Magnetism is dominated by the Fe,Co spin states for δ=0.125, and there is a contribution from Ti magnetic moments (∼1 μB) for δ=0.25. Magnetic and electric order parameters change for variations of δ or oxygen migration for a given oxygen deficiency. Our results capture characteristics observed in the end members of the series SrTi(Co,Fe)O3, and suggest the existence of a broader set of rules for oxygen-deficient multiferroic oxides.

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