(1-x)Pb(Fe1-2)O3-xPbTiO3鐵性單晶的結構與性質.pdf

1、鈮鐵酸鉛Pb(Fe1/2Nb1/2)O3(PFN)是一種具有高介電常數(shù)、鐵電、反鐵磁/鐵磁和磁電耦合等多種性質的功能材料，它在高介電電容器、多鐵存儲技術等領域具有潛在的應用價值。(1－x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3－xPbTiO3(PFNT)是在PFN基礎上摻雜改性的二元復雜鈣鈦礦鐵性材料。與著名的弛豫性鐵電體Pb(Mg1/3Yb2/3)O3-PbTiO3(PMNT)相似，隨著PbTiO3濃度的改變，PFNT存在一個準同型相界區(qū)域

2、，在該區(qū)域附近，樣品的結構與性質發(fā)生突變，這是近期科研界研究的熱點。最近，PFNT的巨介電性質也引起了人們的廣泛關注。
　　 在本論文中，我們利用同步輻射X射線吸收精細結構(X-ray absorption finestructure，XAFS)的方法，對PFNT單晶的多種元素(Fe，Pb，Ti)進行了電子結構和局域結構的研究。Fe K邊的邊前結構顯示，F(xiàn)e的3d軌道發(fā)生了劈裂，除了晶體場劈裂導致的t2g和eg外，在7111 e

3、V和7117 eV還各有一個吸收峰，分別對應著Fe2+的1s-3d躍遷和Fe3+的1s電子到近鄰過渡元素(Fe，Nb，Ti)d軌道的躍遷。由于FeO6八面體的扭曲較大，導致了Fe的3d和4p軌道的雜化。Fe K邊擴展X射線吸收精細結構(extended X-ray absorption fine structure，EXAFS)的結果顯示，隨著Ti摻雜濃度的提高，F(xiàn)e-O第一配位層的局域結構沒有發(fā)生明顯的變化，而Fe-Pb第二配位層的局

4、域結構卻非常不同。在低摻雜(x=0.07)的樣品中，F(xiàn)e原子沿著[111]方向偏移，和3個Pb原子形成配位結構；在高摻雜(x=0.48)的樣品中，F(xiàn)e原子沿著[001]方向偏移，和4個Pb原子形成配位結構。Pb L3邊EXAFS的結果和上述原子構型一致。通過對Ti K邊邊前結構的分析，研究了邊前各個吸收峰所對應的電子躍遷，并發(fā)現(xiàn)Ti摻雜濃度越高，Ti偏離TiO6八面體中心的距離越大。
　　 我們利用介電譜和阻抗譜系統(tǒng)地分析了PF

5、NT單晶的介電性質，在100～300K溫度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩個介電異常，一個是由Maxwell-Wagner(MW)界面極化誘導的巨介電常數(shù)效應引起的，另外一個是由偶極玻璃效應導致的。Fe2+的存在是產(chǎn)生巨介電常數(shù)的根源，由于不同摻雜濃度樣品的Fe-O配位層局域結構相似，所以電子在Fe2+和Fe3+之間的跳躍式躍遷(hopping)所需能量非常接近，從而導致不同摻雜濃度的樣品具有相近的激活能。低摻雜的樣品在[100]和[111]方向上表現(xiàn)出

6、各向異性的巨介電響應，這與樣品內(nèi)部界面的取向以及局域電導的形成機制有關。PFNT的巨電壓調諧和負電壓調諧可以分別用多重極化機理(multipolarization mechanism)模型和MW等效電路模型來解釋。
　　 低摻雜的樣品在低溫下(T<13 K)具有弱鐵磁性，這是由Fe3+-O-Fe3+離子鏈的扭曲導致的自旋傾斜(spin canting)引起的。低摻雜的樣品還具有自旋玻璃效應，這可能和它的混合相結構有關。高摻雜的樣