2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：鐵電體的疇結(jié)構(gòu)

1鐵電體的疇結(jié)構(gòu)什么是疇，形成原因鐵電體的疇結(jié)構(gòu)鐵電疇的觀察幾種特殊的疇結(jié)構(gòu)

2電疇與晶體對(duì)稱性按照軟模理論，鐵電有序是軟模（光學(xué)橫模或贗自旋波）凍結(jié)的結(jié)果。該軟模的波矢為零，故整個(gè)晶體呈現(xiàn)均勻極化，全部偶極子沿同一方向（特殊極性方向）排列。這種單疇晶體的對(duì)稱性即為鐵電相的對(duì)稱性。

3但是我們知道，在順電相中，有若干個(gè)方向與極化強(qiáng)度出現(xiàn)的方向?qū)ΨQ性等效。因?yàn)檫@些方向在晶體學(xué)上和物理性質(zhì)方面都是等同的，可以預(yù)料，晶體各部分的自發(fā)極化沿這些方向取向的概率是相等的。這表明鐵電體將分成為電疇，而且從整體上看，多疇晶體的對(duì)稱性等于順電相的對(duì)稱性。

4鐵電體由單疇變成多疇可以認(rèn)為是“孿生對(duì)稱素”的作用。孿生對(duì)稱素是在順電--鐵電相變時(shí)喪失的對(duì)稱元素，他們可以使單疇?wèi)B(tài)鐵電相的對(duì)稱性恢復(fù)到順電相的對(duì)稱性。下面以羅息鹽為例做詳細(xì)介紹。孿生對(duì)稱素

5羅息鹽的電疇與對(duì)稱性羅息鹽在順電相和鐵電相點(diǎn)群分別為222和2，自發(fā)極化沿a軸出現(xiàn)，單疇晶體點(diǎn)群為2，如圖5.1（a）所示。但順電相a軸的正反兩個(gè)方向是對(duì)稱等效的，因此將出現(xiàn)180

的疇。相變時(shí)喪失的對(duì)稱素為沿b軸和c軸的二重軸。在這兩個(gè)二重軸的作用下，晶體呈現(xiàn)如圖5.1（b）所示的多疇結(jié)構(gòu)，其點(diǎn)群又成為222。

6羅息鹽的疇結(jié)構(gòu)孿生對(duì)稱素

7對(duì)稱性不但決定了電疇的構(gòu)型,而且決定了疇壁的取向。圖5.1(b)表明，點(diǎn)群為222的多疇晶體中，疇壁平面只可能是（010）或（001）面。羅息鹽是單軸鐵電體，其多疇結(jié)構(gòu)起源于180

疇的孿生。在多軸鐵電體中，多疇狀態(tài)不但起源于180

疇的孿生，而且還起源于其它疇的孿生。

8BaTiO3在立方相（m3m）有6個(gè)等效對(duì)稱的<100>方向，進(jìn)入四方相（4mm）時(shí)，自發(fā)極化沿這6個(gè)方向中的任一個(gè)出現(xiàn)的概率相等，因此有180

疇和90

疇。進(jìn)入正交相（mm2）時(shí)，自發(fā)極化沿<110>方向出現(xiàn),對(duì)稱等效方向12個(gè),疇間夾角為60、90、120

和180

。

9進(jìn)入三角相（3m）時(shí)，自發(fā)極化沿<111>方向出現(xiàn)，對(duì)稱等效方向8個(gè),疇間夾角為71、109

和180

。理想條件下，任一相沿任一對(duì)稱等效方向（順電相）的電疇個(gè)數(shù)相等，各種疇的孿生也是相變時(shí)消失的對(duì)稱素作用的結(jié)果。任何鐵電晶體中，疇間夾角等于順電相對(duì)稱等效方向間的夾角?？偟碾姰牻Y(jié)構(gòu)決定于順電相的對(duì)稱性以及自發(fā)極化的方向。

10下圖是180

疇壁和90

疇壁

11鈦酸鋇疇結(jié)構(gòu)

12ShownarethreeexamplesofferroelectricdomainstructureonBaTiO3surfaceasdeterminedbycombinationofsurfacetopographyandscanningsurfacepotentialmicroscopy.Corrugationsontopographicimagebelowindicatethepresenceof90

domainwallsbetweena(polarizationvectorisinsurfaceplane)andc(polarizationvectorisnormaltothesurface)domains.Surfacepotentialimageexhibits180

domainwalls