钙钛矿铁电体在超高压下的铁电重现

摘要

铁电材料的晶体在一定的温度范围内具有自发极化,而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向,它具有铁电性、热释电性、压电性、介电性及以光电效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等特性,在铁电存储器、红外探测器、空间光调制器、介电热辐射测量器及光学传感器等方面有重要应用.铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理和固体电子学领域最热门的研究课题之一.当前在压电、超导、磁电阻、催化、离子导体等多种功能材料中,具有钙钛矿结构的材料占重要比例,因此钙钛矿结构材料也是当前材料科学研究领域的热点之一.在铁电材料中,钙钛矿型铁电体材料是电子陶瓷中使用最广泛的材料.与温度一样,压力也是决定物质存在状态和导致材料的结构与性能变化的基本热力学要素之一.在压力的作用下,材料内部原子之间的相互作用非常复杂,并且表现出与常压下迥异的性质,因此常压下的理论不一定能解释高压下的现象.多年来,研究者们一直致力于探索高压下物质的行为并揭示其中的物理现象和规律.超高压对铁电材料的结构和性能的影响也是人们一直研究的热点.在超高压下对铁电材料进行X射线衍射、拉曼光谱、中子散射分析及第一性原理理论计算,结果表明,压力能使铁电材料的对称性升高,空间群自由度减少,结构变得更规则,从而引发自发极化减少,导致铁电性能降低,铁电材料的晶体结构由铁电相逐渐转变为顺电相,铁电材料最终变为顺电材料.近年来,对铁电材料在更高压力下的研究发现,在超高压下铁电材料出现一个有趣的现象.随着压力的增加,一些铁电材料的铁电性逐渐降低,但超过某个临界值后,铁电性能有很大的提高,铁电性重新出现.本文综述了钙钛矿铁电体BaTiO3、PbTiO3、KNbO3、复合铁电体BiFeO3?PbTiO3、弛豫铁电体Pb(Zn1/3 Nb2/3)O3和Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3、BaTiO3/PbTiO3超晶格在超高压下晶体结构随压力的变化和铁电重现现象,使研究者们对铁电材料的结构和性能随压力的变化有全面的理解,以期为铁电材料的铁电机理研究提供参考,为未来新的钙钛矿铁电体的研究和制备提供理论依据和新的途径.