The relaxor ferroelectric PbMg_1/3Ta_2/3O_3 was studied by single-crystal neutron and synchrotron x-ray diffraction and its detailed atomic structure has been modeled in terms of static Pb-displacements that lead to the formation of polar nanoregions. Similar to the other members of the Pb-based relaxor family like PbMg_1/3Nb_2/3O_3 or PbZn_1/3Nb_2/3O_3 the diffuse scattering in the [H,0,0]/[0,K,0] scattering plane has a butterfly-shape around the (h,0,0) Bragg reflections and is transverse to the scattering vector for (h,h,0) peaks. In the [H,H,0]/[0,0,L] plane the diffuse scattering is elongated along the <1,1,2> directions and is transverse to the scattering vector for (h,h,h) reflections. We find that a model consisting of correlated Pb-displacements along the <1,1,1>-directions reproduces the main features of the diffuse scattering in PbMg_1/3Ta_2/3O_3 adequately when the correlation lengths between the Pb-ion displacement vectors are longest along the <1,1,1> and <1,-1,0> and shortest along <1,1,-2> directions.
Stability of Glassy and Ferroelectric States in the Relaxors PbMg1/3Nb2/3O3 and PbMg1/3Nb2/3O3-12% PbTiO3
无序玻璃相的稳定性在弛豫PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3和(PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3)0.88(PbTiO 3)0.12,称为PMN和PMN-PT,研究通过制备部分极化样品,并允许他们在零场的温度范围内的阶段是历史依赖的老化。PMN-PT的极化会自发地增加,直到形成长程序,首先出现巨极化噪声。因此,PMN-PT中的结晶稳定相似乎是铁电的。与此相反,PMN样品缺乏尖锐的一阶场驱动的转变,发现在其他一些样品自发去极化,其玻璃态是化学稳定的一致。详细的热去极化结果表明,在PMN两个不同的宽峰,以及一小部分的材料与突然熔化转变的分布。
Anomalous pressure dependence of the atomic displacements in the relaxor ferroelectric PbMg$_{1/3}$Ta$_{2/3}$O$_3$
本文用粉末中子衍射方法研究了PbMg $_{1/3}$ Ta $_{2/3}$ O $_3$(PMT)弛豫铁电体在高达$\sim 7$ GPa的静水压力下的晶体结构。我们发现一个急剧的压力引起的铅位移从反转中心,这与增加了$\sim$ 50%的各向异性的氧温度因子相关的减少。相比之下,Mg/Ta的振动对压力相当不敏感。我们属性这些变化负责先前报道的压力引起的抑制的反常介电常数和漫散射弛豫铁电体。
Disorder and relaxation mode in the lattice dynamics of PbMg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$O$_3$ relaxor ferroelectric
用中子非弹性散射方法研究了PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_3$弛豫铁电体振动谱的低能部分。我们观察到的分辨率有限的中心峰与强准弹性散射共存。准弹性分量的线宽遵循$Γ_0+Dq^2$依赖性。我们发现,$Γ_0$是温度依赖性。弛豫时间很好地遵循阿克里先乌斯定律。PMN中存在与准弹性散射相关的弛豫模式,表明有序-无序行为在扩散相变动力学中起着重要作用。
Spontaneous decay of a soft optical phonon in the relaxor ferroelectric PbMg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$O$_{3}$
我们报道了固体中软光学声子的自发衰变。利用中子能谱,我们发现在弛豫体PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_{3}$中的比声子寿命在定义好的能量和动量范围内非常短。这种行为是独立的铁电秩序和发生时,具有特定的能量和动量的光学声子可以运动学衰减成两个声学声子具有较低的相速度。我们解释了著名的弛豫“瀑布”效应作为一种形式的准粒子衰变类似于以前报道的量子自旋液体和量子流体。
First principles studies of the Born effective charges and electronic dielectric tensors for the relaxor PMN (PbMg1/3Nb2/3O3)
我们报告的第一性原理密度泛函计算的玻恩有效电荷和电子介电张量的弛豫PMN(PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3)。玻恩电荷张量作为电荷椭球体的可视化提供了微观上的洞察力与极化旋转的压电增强的因素。研究了几个15和30原子的铁电和反铁电超电池的PMN涉及1:2和1:1的化学有序。一系列铁电声子不稳定性导致几个低对称性单斜结构。我们发现一个基态,具有15个原子的单斜C2结构,沿着[111]具有1:2的化学有序。
Quasi-Elastic Scattering, Random Fields and phonon-coupling effects in PbMg1/3Nb2/3O3
用中子散射方法研究了PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_3$(PMN)弛豫铁电体在伯恩斯温度T $_d$以上和以下的振动谱的低能部分.横向声学声子和最低横向光学声子是强耦合的,我们已经得到了这种耦合的模型。我们观察到,最低的光学分支总是欠阻尼的。在Burns温度附近出现一个分辨率受限的中心峰和准弹性散射。结果表明,在T $_d$以下,随着TO声子阻尼的增加,TA声子和TO声子之间耦合的综合效应不可能引起准弹性散射.准弹性散射具有作为接近介电常数峰值的温度的函数的峰值,而中心峰值散射的强度在低于该温度时强烈增加。这些结果进行了讨论的随机场模型的弛豫。
Origin of Diffuse Scattering in Relaxor Ferroelectrics
利用高压变温单晶同步辐射X射线测量和基于第一性原理的分子动力学模拟研究了弛豫铁电系统PSN(PbSc $_{1/2}$ Nb $_{1/2}$ O $_3$)的漫散射。恒温实验表明,在不同的温度下,压力诱导的弛豫相的转变,其特征在于蝴蝶和棒状的扩散散射周围的$\{$ h 00 $\}$和$\{$ hh 0 $\}$布拉格点,分别。模拟再现了观察到的漫散射特征以及它们的压力-温度行为,并表明它们是由化学有序区域之间的极化相关性引起的,在以前的模拟中,这些区域表现为极性纳米区域。模拟还显示出径向漫散射(朝向和远离{ \bf Q}=(000)),即使在顺电相中也持续存在,与以前对(PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_3$)(PMN)的中子实验一致。
我们研究了一个极小模型的弛豫铁电体,包括偶极相互作用,和短程谐波和非谐力的临界模式,在纯铁电体理论与淬火无序线性耦合到临界模式。我们提出了获得关联函数主要特征所需的模型的最简单近似解。具体来说,我们计算和比较的结构因子测量的中子散射在不同的特征制度的温度在弛豫PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_3$。
Random Electric Field Instabilities of Relaxor Ferroelectrics
弛豫铁电体是一种复杂的氧化物材料,在研究组分无序对相变的影响方面具有独特的优势。在这里,我们研究淬火立方随机电场对晶格不稳定性的影响,导致铁电转变,并表明,在微观模型和统计力学解决方案,即使是弱的组分无序也能阻止长程序的发展,具有各向异性和幂次的随机场态极化的定律相关性来自于它们的特征偶极力和它们固有的电荷无序的组合效应。我们比较和重现了几个关键的实验观察研究弛豫PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_3$ -PbTiO $_3$ .
Relaxor ferroelectric behavior and structural aspects of SrNaBi2Nb3O12 ceramics
采用传统的固相反应法制备了SrNaBi 2Nb 3 O 12粉体。X射线结构研究证实,该相是奥里维利乌斯氧化物家族的三层成员。SrNaBi 2Nb 3 O 12(SNBN)陶瓷表现出典型的弛豫铁电体的特性,与广泛和分散的介电最大值。介电峰温度(Tm)随频率的变化符合Vogel-Fulcher关系。弛豫行为被认为是由A位的阳离子无序引起的。在Tm以上观察到铁电滞回线的收缩。
First-principles study of the relaxor ferroelectricity of Ba(Zr,Ti)O$_3$
Ba(Zr,Ti)O $_3$是一种无铅弛豫铁电体。用第一性原理方法研究了纯BaTiO $_3$和Ba(Zr,Ti)O $_3$超电池的铁电偶极矩。BaZr $_{0.5}$ Ti $_{0.5}$ O $_3$和BaZr $_{0.25}$ Ti $_{0.75}$ O $_3$的所有可能的离子构型都构造在$2\times2\times2$超晶胞中。对于半取代的情况,这些结构的铁电性能的分歧,已被发现,严重依赖于Ti和Zr离子的排列。因此,我们的结果为Ba(Zr,Ti)O $_3$的弛豫行为提供了合理的解释.此外,基于热统计的模型给出了Ba(Zr,Ti)O $_3$的平均极化,这取决于合成温度。我们的研究结果有助于理解和调控无铅Ba(Zr,Ti)O $_3$的弛豫铁电性。
Development of Ferroelectric Order in Relaxor (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - xPbTiO3
弛豫铁电体Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3(PMN)及其与PbTiO_3(PT)的固溶体PMN-xPT的微结构和相变一直是固体科学中最令人困惑的问题之一。本文利用高分辨同步辐射X射线衍射技术研究了PMN-xPT陶瓷的相对称性随温度(20 K < T < 500 K)和组分(0 <= x <= 0.15)的变化。基于实验数据的结构分析表明,Ti^4+取代络合物B位的(Mg 1/3 Nb 2/3)^4+离子导致在低至5%的PT-浓度下形成干净的菱形相。研究结果为PMN-PT中铁电有序的发展提供了一些新的见解,并根据极性纳米区域的动力学和弛豫铁电体的物理模型进行了讨论,以说明从弛豫到铁电状态的结构演变。
Neutron scattering study of PbMg$_{1/3}$Ta$_{2/3}$O$_3$ and BaMg$_{1/3}$Ta$_{2/3}$O$_3$ complex perovskites
对PbMg $_{1/3}$ Ta $_{2/3}$ O $_3$和BaMg $_{1/3}$ Ta $_{2/3}$ O $_3$复合钙钛矿进行了中子散射研究。两种化合物的晶体结构在1.5 - 730 K温度范围内没有出现任何相变。BaMg $_{1/3}$ Ta $_{2/3}$ O $_3$的晶格参数随温度的变化符合经典理论的预期,而弛豫铁电体PbMg $_{1/3}$ Ta $_{2/3}$ O $_3$的晶格参数则表现出反常.这些异常之一是在相同的温度范围内观察到的介电磁化率的峰值。我们发现在PbMg $_{1/3}$ Ta $_{2/3}$ O $_3$中,铅离子在所有温度下都从钙钛矿结构中的理想位置被置换。因此,存在短程有序。这诱导了在波矢量空间中具有各向异性形状的强漫散射。的扩散中子散射强度和铅位移的幅度的温度依赖性是相似的。
Competing orders in PZN-xPT and PMN-xPT relaxor ferroelectrics
对弛豫铁电体系Pb(Zn $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$)O $_3$(PZN),Pb(Mg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$)O $_3$(PMN)及其与PbTiO $_3$(PT)固溶体的中子散射和X射线散射研究表明,不均匀性和无序性对材料性能起重要作用.虽然长程极序可以在低温下建立--有时是在外部电场的帮助下;但被称为“极纳米区”(PNR)的短程局部结构仍然存在。对体相结构和PNR进行了详细的研究。讨论了长程和短程极性序的共存和竞争以及它们如何影响弛豫材料的结构和动力学性质。
Composition induced diffused to relaxor ferroelectric phase transition in lead-free (1-x)(Li0.12Na0.88)NbO3-xBaTiO3 (0 to x to 0.40) ferroelectric ceramics
采用传统陶瓷工艺制备了(1-x)Li 0.12Na 0.88NbO3-xBaTiO 3(0 ~ x ~ 0.40)铁电陶瓷,并利用介电谱研究了其相变行为。随温度变化的介电常数ε ′(T)显示出所有组分的扩散铁电-顺电转变。测量并验证了Uchino等人[J Am Ceram Soc 2010;93:4011]定义的扩散相变(DPT)的可接受且合格的表征参数(D)。有趣的是,从扩散铁电相变(FE-DPT)弛豫铁电(RFE)转变的交叉被发现的组成x大于等于0.225。FE-DPT的特征在于介电最大值的温度(Tm)与频率无关,而RFE被发现具有满足Vogel-Fulcher关系的频率依赖性Tm。组合物诱导的交叉归因于不同PNR尺寸和弛豫时间的动力学,所述动力学随着不同BaTiO 3含量(x)而变化,从而导致FE-DPT或RFE的出现。
Anisotropic Local Correlations and Dynamics in a Relaxor Ferroelectric
弛豫铁电体由于其反常的介电特性、弥散的相变和强的压电性而受到人们的广泛关注。理解弛豫体的结构和动力学一直是固态物理学中的长期挑战之一,当前非极性基质中的极性纳米区域模型仅提供弛豫体相变的定性描述。本文采用分子动力学模拟和动态对分布函数技术研究了75%PbMg $_{1/3}$ Nb $_{2/3}$ O $_3$-25%PbTiO $_3$(PMN-PT)的局域结构和动力学.我们首次表明,弛豫跃迁可以描述的本地序参量。我们发现,在结构上,弛豫相的特点是存在高度各向异性的相关性之间的本地阳离子位移。这些相关性类似于水中的氢键网络。我们的研究结果与目前的极性纳米区域模型相矛盾,相反,我们提出了一个新的模型,均匀的随机网络的各向异性耦合偶极子。