多铁材料是指在材料的同一个相中包含了两种或两种以上铁性特征，如铁电、铁磁和铁弹。其中磁电多铁性材料由于其丰富的物理内涵和潜在的商业应用前景而广受关注。作为一种潜在的磁电多铁性材料，BiCoO₃的电极化转变温度为763K，磁有序温度为420K，并且具有很高的电极化率（179μC/cm2）。

我所贾婷博士和导师曾雉研究员利用第一性原理的方法对该材料常压下电极化的起源以及高压下Co³⁺的自旋态转变进行了系统研究。他们的结果表明常压下引起该材料具有高的电极化率的四角畸变主要是强的Bi-O共价导致的，而Co³⁺ 离子的xy 型轨道序只是进一步稳定了四角畸变，并非四角畸变的主要诱因。高压下，Co³⁺的自旋态转变经历了(HS)--(HS+LS)--（LS）（高自旋态-一高低自旋态混合态--低自旋态）的转变过程，获得纯的低自旋态的转变压力是8GPa。 其中间过程高低自旋态混合态的发现很好地解释了目前的实验结果。

该研究成果澄清了常压下材料铁电极化的起源，解释了高压试验中材料的行为，预测了更高压力下材料的表现，对该材料以及相关多铁材料的研究有很大的参考价值。

以上成果发表在Physical Review B 83, 174433 (2011) 上，并很快被Chinese Science Bulletin报道。

此工作得到了国家自然科学基金(11004195)、科学院知识创新方向性项目（KJCX2-YW-W07）以及国家重大科学研究计划（973项目）（2007CB925004）的资助。

BiCoO₃（100）面的电荷密度图：（a）理想立方结构，（b）常压下实验结构。（b）图显示了强的Bi-O共价。

能量随体积的变化关系。随着体积的减小（压力的增大），体系首先转变为高低自旋混合态，最终当体积减小20%（V_C）转变为纯的低自旋态，转变压力预计为8GPa。