2022-2023学年高二物理竞赛课件：铁电体的畴结构

1铁电体的畴结构什么是畴，形成原因铁电体的畴结构铁电畴的观察几种特殊的畴结构

2电畴与晶体对称性按照软模理论，铁电有序是软模（光学横模或赝自旋波）冻结的结果。该软模的波矢为零，故整个晶体呈现均匀极化，全部偶极子沿同一方向（特殊极性方向）排列。这种单畴晶体的对称性即为铁电相的对称性。

3但是我们知道，在顺电相中，有若干个方向与极化强度出现的方向对称性等效。因为这些方向在晶体学上和物理性质方面都是等同的，可以预料，晶体各部分的自发极化沿这些方向取向的概率是相等的。这表明铁电体将分成为电畴，而且从整体上看，多畴晶体的对称性等于顺电相的对称性。

4铁电体由单畴变成多畴可以认为是“孪生对称素”的作用。孪生对称素是在顺电--铁电相变时丧失的对称元素，他们可以使单畴态铁电相的对称性恢复到顺电相的对称性。下面以罗息盐为例做详细介绍。孪生对称素

5罗息盐的电畴与对称性罗息盐在顺电相和铁电相点群分别为222和2，自发极化沿a轴出现，单畴晶体点群为2，如图5.1（a）所示。但顺电相a轴的正反两个方向是对称等效的，因此将出现180

的畴。相变时丧失的对称素为沿b轴和c轴的二重轴。在这两个二重轴的作用下，晶体呈现如图5.1（b）所示的多畴结构，其点群又成为222。

6罗息盐的畴结构孪生对称素

7对称性不但决定了电畴的构型,而且决定了畴壁的取向。图5.1(b)表明，点群为222的多畴晶体中，畴壁平面只可能是（010）或（001）面。罗息盐是单轴铁电体，其多畴结构起源于180

畴的孪生。在多轴铁电体中，多畴状态不但起源于180

畴的孪生，而且还起源于其它畴的孪生。

8BaTiO3在立方相（m3m）有6个等效对称的<100>方向，进入四方相（4mm）时，自发极化沿这6个方向中的任一个出现的概率相等，因此有180

畴和90

畴。进入正交相（mm2）时，自发极化沿<110>方向出现,对称等效方向12个,畴间夹角为60、90、120

和180

。

9进入三角相（3m）时，自发极化沿<111>方向出现，对称等效方向8个,畴间夹角为71、109

和180

。理想条件下，任一相沿任一对称等效方向（顺电相）的电畴个数相等，各种畴的孪生也是相变时消失的对称素作用的结果。任何铁电晶体中，畴间夹角等于顺电相对称等效方向间的夹角。总的电畴结构决定于顺电相的对称性以及自发极化的方向。

10下图是180

畴壁和90

畴壁

11钛酸钡畴结构

12ShownarethreeexamplesofferroelectricdomainstructureonBaTiO3surfaceasdeterminedbycombinationofsurfacetopographyandscanningsurfacepotentialmicroscopy.Corrugationsontopographicimagebelowindicatethepresenceof90

domainwallsbetweena(polarizationvectorisinsurfaceplane)andc(polarizationvectorisnormaltothesurface)domains.Surfacepotentialimageexhibits180

domainwalls