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1绪论 1

1.1多铁性材料简介 1

1.2多铁性材料的发展简史 3

1.3多铁性材料的分类 6

1.3.1第Ⅰ类多铁性材料 6

1.3.2第Ⅱ类多铁性材料 13

1.4多铁性的微观机制 19

1.5磁性的起源与规律 22

1.5.1磁性的宏观特征 23

1.5.2磁性的微观起源 31

1.6多铁性的研究内容与面临的挑战 32

参考文献 36

2第一性原理计算及其在多铁性材料研究中的应用 47

2.1第一性原理计算概述 47

2.1.1基本概念 48

2.1.2基本思路 49

2.1.3基本近似 50

2.2密度泛函理论基础 55

2.2.1 Hohenherg-Kohn定理 56

2.2.2 Kohn-Sham方程 58

2.2.3交换关联能泛函 61

2.2.4自旋密度泛函理论 66

2.3第一性原理计算在多铁性材料研究中的应用 66

2.3.1单相多铁性材料的第一性原理研究 67

2.3.2第一性原理理论预测新型多铁性材料 68

2.3.3理论设计人工多铁性材料 69

2.4第一性原理计算软件CASTEP简介 70

参考文献 73

3高压下多铁性材料BiCoO3的物性研究 80

3.1研究背景简介 80

3.2理论建模和基本参数的选择 82

3.3 BiCoO3的Co3＋离子自旋态及基态电子结构 87

3.3.1 Co3＋离子自旋态 87

3.3.2基态电子结构 96

3.4压力诱导的物性变化 100

3.4.1静水压力诱导的结构、电子和磁性相变 100

3.4.2单轴压力诱导的结构、电子和磁性相变 108

3.5本章小结 120

参考文献 120

4多铁性材料PbVO3的电子结构与高压相变研究 125

4.1研究背景 125

4.2计算细节与模型建立 126

4.3四方相PbVO3的基态电子结构与铁电性 130

4.3.1基态的晶体结构特征 130

4.3.2磁基态的电子结构特征 131

4.3.3四方相的铁电性起源 137

4.4四方相PbVO3的结构稳定性 141

4.4.1静水压力诱导的晶体结构相变与电子结构变化 141

4.4.2单轴压力诱导的晶体结构相变与电子结构变化 151

4.5本章小结 163

参考文献 164

5多铁性材料的第一性原理设计——以BiCo1-xFexO3为例 172

5.1 B Fe1-xCox O3体系的研究现状 172

5.1.1 BiFeO3的化学取代 173

5.1.2 BiFeO3-BiCoO3固溶体 175

5.2 BiFe1-xCox O3体系面临的挑战 177

5.3 BiCo1-xFex O3多铁性材料的第一性原理设计 178

5.4本章小结 195

参考文献 195