铁电软膜理论

1、铁电软膜理论铁电软膜理论theory of soft modes 软膜理论软膜理论铁电软膜理论的发展铁电软膜理论的发展 铁电软膜的概念铁电软膜的概念 软膜理论的意义软膜理论的意义软膜相变的应用软膜相变的应用4123铁电软膜理论的发展铁电软膜理论的发展v铁电体的研究始于铁电体的研究始于1919世纪世纪2020年代罗息盐的介电性能年代罗息盐的介电性能的发现的发现v4040年代，铁电唯象理论建立年代，铁电唯象理论建立v由于铁电性的起因与晶体结构、电子结构、长程和由于铁电性的起因与晶体结构、电子结构、长程和短程相互作用等有关系，铁电体的结构也比较复杂，短程相互作用等有关系，铁电体的结构也比较复杂，原子

2、水平上的铁电性的微观理论的提出比较晚。原子水平上的铁电性的微观理论的提出比较晚。6060年代铁电软膜理论出现，并基本完善，即年代铁电软膜理论出现，并基本完善，即软膜阶段软膜阶段v软膜理论是铁电体微观理论的突破性进展，是在软膜理论是铁电体微观理论的突破性进展，是在晶晶格动力学格动力学范围内研究的范围内研究的 铁电软膜的概念铁电软膜的概念v基本概念：基本概念：v布里渊区中心光学横膜的布里渊区中心光学横膜的软化软化 v 铁电性的产生铁电性的产生 v v软膜本征矢的冻结造成了原子的静态软膜本征矢的冻结造成了原子的静态位移，从而使晶体中出现自发极化。位移，从而使晶体中出现自发极化。v软化表示频率降低。简

3、谐振子的圆频率与力系数成软化表示频率降低。简谐振子的圆频率与力系数成正比。力系数小，意味着软，与频率降低一致。正比。力系数小，意味着软，与频率降低一致。v软化到频率为零时，原子不能回复到原来的平衡位软化到频率为零时，原子不能回复到原来的平衡位置置 冻结或凝结。冻结或凝结。v软膜理论软膜理论 晶格振动问题晶格振动问题 从晶格势能出发从晶格势能出发 原子的运动方程原子的运动方程v振动着的离子受到短程力（相邻离子间的弹性恢复振动着的离子受到短程力（相邻离子间的弹性恢复力）和长程库仑力的作用，力）和长程库仑力的作用，v对对光学横膜光学横膜，频率为，频率为软化的概念软化的概念20200 ( )29( )

4、TOZeRvv对对光学纵膜光学纵膜，频率为：，频率为：v振膜频率决定等式右边两部分的贡献。振膜频率决定等式右边两部分的贡献。v对于对于TOTO膜膜，这两种力具有相反的符号，在温度适当，这两种力具有相反的符号，在温度适当时，它们的数值接近相等，使振动频率趋近于零，时，它们的数值接近相等，使振动频率趋近于零，原子偏离平衡位置的位移将被原子偏离平衡位置的位移将被冻结冻结，即原子进入新，即原子进入新的平衡位置，形成了的平衡位置，形成了新相新相，晶体由一种结构变成另，晶体由一种结构变成另一种结构。一种结构。v对于对于LOLO膜膜，这两部分作用力是相长的，总的作用力，这两部分作用力是相长的，总的作用力不会

5、为零，所以不会为零，所以LOLO膜不会产生铁电相变。膜不会产生铁电相变。 20200 ( )29( )TOZeRv v在布里渊区中心频率为零的长波极限的在布里渊区中心频率为零的长波极限的光学波光学波，两，两类原子的运动方向相反，类原子的运动方向相反，v当降温到某个温度时当降温到某个温度时 该振动冻结，原子偏离平该振动冻结，原子偏离平衡位置的振幅成为晶态位移，原子已经进入新的平衡位置的振幅成为晶态位移，原子已经进入新的平衡位置，晶体的对称性也就发生了变化，并且形成衡位置，晶体的对称性也就发生了变化，并且形成了沿位移轴的电偶极矩了沿位移轴的电偶极矩 铁电相变铁电相变。v自发极化的出现联系于布里渊区

6、中心某个光学横膜自发极化的出现联系于布里渊区中心某个光学横膜的软化。的软化。v在布里渊区中心的在布里渊区中心的光学膜光学膜中，每个晶胞中对应的离中，每个晶胞中对应的离子在同一时刻具有相同的位相，如果这种膜冻结，子在同一时刻具有相同的位相，如果这种膜冻结，每个晶胞中正负离子将保持同样的相对位移，于是每个晶胞中正负离子将保持同样的相对位移，于是整个晶体呈现均匀的自发极化。整个晶体呈现均匀的自发极化。v在布里渊区中心的在布里渊区中心的声学膜声学膜，两类原子的运动方向相，两类原子的运动方向相同，并不伴随极性的改变，所以声学膜的冻结不可同，并不伴随极性的改变，所以声学膜的冻结不可能导致自发极化。能导致自

7、发极化。软膜理论的意义软膜理论的意义v软膜理论揭示了铁电相变的共性，指出铁电相变只软膜理论揭示了铁电相变的共性，指出铁电相变只是结构相变的一种特殊情况。光学横膜表明正负离是结构相变的一种特殊情况。光学横膜表明正负离子相向运动，在布里渊区中心的振动膜导致的结构子相向运动，在布里渊区中心的振动膜导致的结构相变称为相变称为铁畸变性相变铁畸变性相变，铁电相变铁电相变是铁畸变性相变是铁畸变性相变的一种。的一种。 v由布里渊区中心以外某处膜的软化导致的结构相变由布里渊区中心以外某处膜的软化导致的结构相变称为称为反铁畸变性相变反铁畸变性相变，如软膜波矢位于布里渊区边，如软膜波矢位于布里渊区边界，可导致界，可导致反铁电相变反铁电相变。 软膜相变的应用软膜相变的应用v根据软膜理论，铁电相变和反铁电相变都应该在普根据软膜理论，铁电相变和反铁电相变都应该在普遍的结构相变理论的基础上来进行研究，从而不再遍的结构相变理论的基础上来进行研究，从而不再局限