New multiferroic BiFeO3 with large polarization

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作者
Runqing Zhang,Peiju Hu,Lingling Bai,Xing Xie,Huafeng Dong,Minru Wen,Zhongfei Mu,Xin Zhang,Fu‐Gen Wu
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (10): 5939-5945 被引量:10
标识
DOI:10.1039/d1cp05452j
摘要

BiFeO3 is one of the most widely studied multiferroic materials, because of its large spontaneous polarization at room temperature, as well as ferroelasticity and antiferromagnetism. Using an ab initio evolutionary algorithm, we found two new dynamically stable BiFeO3 structures (P63 and P6322) at ambient pressure. Their energy is only 0.0662 and 0.0659 eV per atom higher than the famous R3c-BiFeO3, and they have large spontaneous polarization, i.e., 71.82 μC cm-2 and 86.06 μC cm-2, respectively. The spontaneous polarization is caused by the movement of the Bi3+ atom along the [001] direction and mainly comes from the 6s electron of Bi3+. Interestingly, there is no lone pair electron of Bi3+, which is different from R3c-BiFeO3. The new structures have the same magnetic configurations as R3c-BiFeO3 (G-type antiferromagnetism), but they are characterized by one-dimensional channels linked by a group of two via surface-sharing oxygen octahedra. Due to the similarity of the two structures, both of them have indirect bandgap structures, and the bandgaps are 2.62 eV and 2.60 eV, respectively. This work not only broadens the structural diversity of BiFeO3 but also has constructive significance for the study of spontaneous polarization of new structures of multiferroic materials.
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