2017年9月22日，上海大学物理系、上海大学量子与分子结构国际中心任伟教授及其博士生杨亚利等人，在钙钛矿型稀土铁氧体SmFeO3中理论设计实现了通过引入反铁磁畴壁对材料铁电极化进行诱导及调控。团队通过第一性原理计算研究了在钙钛矿体系中引入的G、C、A和F四种不同类型反铁磁畴壁，普遍地发现反铁磁畴壁处会由于氧离子的面内位移在该畴壁处诱导出局部铁电极化，而材料整体的极化与否又进一步决定于相邻磁畴域中FeO2层数的奇偶性。即当相邻畴域FeO2层数以偶数/偶数形式配比时，相邻畴壁处局域极化将会相互叠加形成铁电态，材料整体将会出现铁电极化；为奇数/奇数形式配比时，相邻畴壁处局域极化将会相互抵消形成反铁电态，材料整体也将不出现铁电极化。进一步的理论模型揭示了该现象的物理机制是源于交换伸缩效应，该模型也揭示了材料整体铁电极化值大小与相邻畴域FeO2层数的量化关系。该成果为实验上SmFeO3单晶被报道存在铁电极化提供了一种可能的解释，也为实现钙钛矿材料的磁电调控提供了更多的理论依据。表明课题组在材料基因组工程集成计算研究领域又获重要进展。

多铁性材料因其铁电、铁磁和铁弹序之间的相互耦合，为新兴电子器件提供了巨大的发展前景。然而由于内在物理机制的限制，在自然条件中存在的多铁材料却非常稀少，因此寻找新型（室温）多铁材料并理解其内在磁电耦合成为重要的研究方向。因自旋特殊排布引起对称性破缺从而诱发材料的非本征铁电极化便是重要的研究热点，被称为“第二类多铁材料”，也从而实现了该类材料磁电间的相互调控，为丰富材料性质、拓宽材料应用提供了有效途径。

任伟课题组的这一研究成果近日发表在凝聚态物理学期刊《物理评论B》 Physical Review B上Yali Yang, Hongjun Xiang, Hongjian Zhao, Alessandro Stroppa, Jincang Zhang, Shixun Cao, Jorge Íñiguez, L. Bellaiche and Wei Ren*, Phys. Rev. B 96, 104431 (2017)。该工作得到了国家自然科学基金、国家科技部青年973、国家留学基金委和上海市教委和科委的支持。

成果链接https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.96.104431