| 题名 | 钛酸钡中极化团簇弛豫特性的实验研究 |
| 作者 | 严睿 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院上海应用物理研究所 |
| 授予地点 | 上海应用物理研究所 |
| 导师 | 邰仁忠 |
| 关键词 | 光子相关谱 铁电体 极化团簇 弛豫时间 |
| 其他题名 | Experimental Study of Relaxation characteristic for Polarization Clusters in Barium Titanate |
| 中文摘要 | BaTiO3等铁电材料因具有独特的压电、电致伸缩等性能在超声、通讯、存储器、人工智能等方面得到广泛应用。而对于BaTiO3的相变机制，却有长期的争论。传统观点认为BaTiO3为典型的位移型铁电体，其立方到四方的相变机制被认为是基于正负离子相对位移的晶格振动光学横模的软化。另一些学者则根据理论模拟以及X射线漫散射、折射率测量等实验，提出在 BaTiO3中存在Ti4+的有序-无序化分布，即在立方相高温段，Ti4+位于8个非平衡，随着温度降低至居里点TC以下，Ti4+选择性占据其中的4个非平衡位置，这种有序化分布导致了晶体中自发极化的产生。Zalar通过NMR实验提出，BaTiO3中存在软膜和有序无序化共存的现象，并认为这种由Ti4+引发的极化团簇，具有比软膜振动更长的弛豫时间。Bakker等提出BaTiO3相变点处的介电响应源自极化团簇的弛豫行为和晶格软膜波动的强烈耦合，极化团簇的空间、时间信息以及随温度的演化在BaTiO3介电性质的形成中发挥着重要作用。因此寻找能直接观测极化团簇有关信息的实验方法对于理解其功能和揭示BaTiO3相变机理具有重要意义。R. Z. Tai等采用X射线散斑技术首次观测到了BaTiO3中极化团簇的空间结构。但是目前由于缺乏有效的实验手段，对极化团簇时间结构的直接观测一直没有实现。 本实验建立了测量晶体内部微电畴(或极化团簇)时间结构的消偏振光子相关谱实验装置。采用双偏振片滤波抑制背景噪音和强度相关的方法提取并处理了隐藏在噪音中的微弱的由极化团簇弛豫行为引起的强度随时间涨落的散射信号, 对BaTiO3单晶中极化团簇的弛豫行为实施了直接观测，提取了居里点附近，空间周期为200nm的极化团簇的特征弛豫时间，并进一步研究了弛豫时间随温度的演化特征以及团簇弛豫行为与材料优异性能之间的关系。 实验表明：该尺度的极化团簇的弛豫时间在微秒量级，随着温度升高逐渐减小，但在居里点TC处形成陡增的突变。以往的研究指出，BaTiO3中极化团簇的空间密度随着温度降低连续增大，直至TC以下凝聚成畴，而本实验则显示极化团簇弛豫时间与温度的关系在TC处不具有单调性，而是呈现类似介电常数峰值的突变。结合Ti4+势能面的临界波动和BaTiO3介-温频谱特征，我们提出极化团簇的特征弛豫时间是决定晶体介电常数的重要参数，它的演化特征反应了铁电相变的重要微观机制。 本实验是光子相关技术首次在铁电类固体中的应用。基于可见光波长，我们测量了几百纳米周期尺度的长程极化关联。该实验方法可进一步拓展到短波领域，采用第三代同步辐射上海光源的高亮度、高稳定性的短波长X射线，开展X射线光子相关谱 (X-ray Photon Correlation Spectroscopy, XPCS)研究，可以测量多种材料中更加微小的结构动力学。 关键词：光子相关谱、铁电体、极化团簇、弛豫时间 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-11 |
| 页码 | 103 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/7318]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2004-2010年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 严睿. 钛酸钡中极化团簇弛豫特性的实验研究[D]. 上海应用物理研究所. 中国科学院上海应用物理研究所. 2009. |
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