浙大王杰课题组揭示层状钙钛矿中晶格畸变竞争的新机制( 二 )

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图3.调控晶格畸变竞争的方法。 (a)不同RP化合物Rumpling的幅值;(b)较小离子半径的Ca代替钙钛矿层的Sr来减小容许因子;(c)置换岩盐层Tb离子与钙钛矿层Sr离子来减弱Rumpling;(d)增加钙钛矿层厚减小岩盐层比重;(e)在岩盐层插入一层氟原子。
通过调控八面体旋转来产生非本征铁电性具有普适性，不仅适用于氧化物RP层状钙钛矿，同样也适用于卤化物和硫化物RP层状钙钛矿。此前，王杰教授课题组先后发现了卤化物Cs3Sn2I7[Phys. Rev. B 96, 144110(2017)] 和一些硫化物A3B2S7[J.Phys. Chem. Lett. 8, 5834 (2017)]基态结构中不存在八面体旋转,因此二者都没有铁电性。然而，根据八面体旋转与应变或压力的耦合机制，他们提出了采用外延应变和与化学压力相关的容许因子（tolerance factor），来调控八面体旋转以及与之相关的铁电极化和能带结构，并设计了两类具有铁电性的钙钛矿光伏材料。
总结与展望
该项工作采用第一性原理计算，从原子尺度揭示了RP型A3B2O7层状钙钛矿中氧八面体旋转与界面晶格畸变之间竞争的新机制，解释了层状钙钛矿中八面体旋转以及与之相关的非本征铁电性被抑制的原因，提出了四种不同的方法来恢复八面体旋转和非本征铁电性，从而得到了新的室温多铁性材料。与此同时，八面体旋转与界面晶格畸变之间的竞争，及其对材料性能的调控具有一定的普适意义，可以进一步用于调控其它RP型层状钙钛矿的光电特性、负热膨胀效应、室温下强磁电耦合效应等，从而为新型功能材料的设计提供了理论基础。
论文链接：
Yajun Zhang, Jie Wang*, and Philippe Ghosez*. Unraveling the suppression of oxygen octahedra rotations in A3B2O7 Ruddlesden-Popper compounds: Engineering multiferroicity and beyond.Physical Review Letters, 2020, 125: 157601.
【浙大王杰课题组揭示层状钙钛矿中晶格畸变竞争的新机制】https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.125.157601