由于某些化学成分表现出所谓的杂化铁电性不当,近年来,近年来,ruddlesden-popper氧化物中温度依赖性的相变的次要氧化氧化物氧化物中的温度依赖性相变。然而,目前几乎没有理解这些相变的静水压力依赖性。本文中,我们介绍了对双层ruddlesdledlesden-popper阶段Ca 3 Mn 2 O 7和Ca 3 Ti 2 O 7的高压粉末同步X射线衍射实验和Abinitio研究的结果。在两种化合物中,我们都观察到一阶相变,结合了我们的密度功能理论计算,我们可以将其结合分配为极地A 2 1 AM和非极性ACAA结构。有趣的是,我们表明,尽管压力的施加最终有利于非极相,正如适当的铁电体所观察到的那样,但存在压力实际上可以增加极性模式振幅的响应区域。可以通过考虑八面体倾斜和旋转对静水压力及其三线性耦合与极性不稳定的旋转的多样化响应可以无障碍。
铁电体 (FE) 具有自发和可切换的电极化,不仅在基础科学领域,而且在器件应用领域都具有重要意义。传统的铁电性,例如钙钛矿氧化物 BaTiO 3 中的铁电性,归因于 Ti d 0 和氧 p 态之间的 pd 杂化,其中长程库仑力优于短程排斥力 [1]。结果,BaTiO 3 中 Ti 偏心位移被诱导,从而破坏了中心对称性。在钙钛矿超晶格如ABO3/A'BO3和层状钙钛矿(ABO3)2(AO)[2-4]中发现的“混合不当”铁电性具有不同的起源,它源于A位上的极性模式与BO6八面体的两个非极性倾斜模式之间的三线性耦合。该机制更多地依赖于晶格的几何形状(即不同层上A阳离子的反极性位移之间的非完全补偿),而不是像传统FE那样依赖于静电力[5,6]。已经提出了不同的方法来操纵铁电性。施加在薄膜上的应变可以影响BaTiO3的电极化,也可以使量子顺电的SrTiO3变为铁电体,甚至提高其转变温度[7,8]。电荷掺杂已被证明是调节铁电性和创造新相的另一种有效方式。在传统铁电材料如 LiNbO 3 和 BaTiO 3 中,可以通过增加掺杂载流子的数量来抑制铁电位移 [9–12]。而在层状钙钛矿的三线性 Ruddlesden-Popper 相中,最近的一项研究表明,在 A 3 Sn 2 O 7 中静电掺杂会导致八面体旋转增加 [13],从而增强极化。由于载流子可以屏蔽长程相互作用并倾向于保持中心对称性,因此铁电性与金属性共存是违反直觉的。这种不寻常的共存直到 2013 年才被发现,当时 LiOsO 3 被认定为第一个“极性金属” [14] − 比它的理论预测晚了六十年 [15]。最近的研究表明,二维拓扑半金属WTe 2 也表现出可切换的极化[16]。
