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1、铁电软铁电软铁电软铁电软膜理膜理膜理膜理论论论论theory of soft modes 铁电软膜理论theory of soft modes1软软软软膜理膜理膜理膜理论论论论铁电软铁电软膜理膜理论论的的发发展展 铁电软铁电软膜的概念膜的概念 软软膜理膜理论论的意的意义义软软膜相膜相变变的的应应用用4123软膜理论铁电软膜理论的发展 铁电软膜的概念 软膜理论2铁电软铁电软铁电软铁电软膜理膜理膜理膜理论论论论的的的的发发发发展展展展v铁电铁电体的研究始于体的研究始于1919世世纪纪2020年代年代罗罗息息盐盐的介的介电电性能性能的的发现发现v4040年代，年代，铁电铁电唯象理唯象理论论建立建立v
2、由于由于铁电铁电性的起因与晶体性的起因与晶体结结构、构、电电子子结结构、构、长长程和程和短程相互作用等有关系，短程相互作用等有关系，铁电铁电体的体的结结构也比构也比较较复复杂杂，原子水平上的原子水平上的铁电铁电性的微性的微观观理理论论的提出比的提出比较较晚。晚。6060年代年代铁电软铁电软膜理膜理论论出出现现，并基本完善，即，并基本完善，即软软膜膜阶阶段段v软软膜理膜理论论是是铁电铁电体微体微观观理理论论的突破性的突破性进进展，是在展，是在晶晶格格动动力学力学范范围围内研究的内研究的铁电软膜理论的发展铁电体的研究始于19世纪20年代罗息盐的介3 铁电软铁电软铁电软铁电软膜的概念膜的概念膜的概念
3、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软化化 v 铁电铁电性的性的产产生生 v v软软膜本征矢的膜本征矢的冻结冻结造成了原子的静造成了原子的静态态位位移，从而使晶体中出移，从而使晶体中出现现自自发发极化。极化。铁电软膜的概念基本概念：4v软软化表示化表示频频率降低。率降低。简谐简谐振子的振子的圆频圆频率与力系数成率与力系数成正比。力系数小，意味着正比。力系数小，意味着软软，与，与频频率降低一致。率降低一致。v软软化到化到频频率率为为零零时时，原子不能回复到原来的平衡位，原子不能回复到原来的平衡位置置 冻结冻结或凝或凝结结。v软软膜理膜理论论 晶格振晶格振
4、动问题动问题 从晶格从晶格势势能出能出发发 原原子的运子的运动动方程方程v振振动动着的离子受到短程力（相着的离子受到短程力（相邻邻离子离子间间的的弹弹性恢复性恢复力）和力）和长长程程库仑库仑力的作用，力的作用，v对对光学横膜光学横膜，频频率率为为软软软软化的概念化的概念化的概念化的概念软化表示频率降低。简谐振子的圆频率与力系数成正比。力系数小，5v对对光学光学纵纵膜膜，频频率率为为：v振膜振膜频频率决定等式右率决定等式右边边两部分的两部分的贡贡献。献。v对对于于TOTO膜膜，这这两种力具有相反的符号，在温度适当两种力具有相反的符号，在温度适当时时，它，它们们的数的数值值接近相等，使振接近相等，
5、使振动频动频率率趋趋近于零，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，即原子进进入新入新的平衡位置，形成了的平衡位置，形成了新相新相，晶体由一种，晶体由一种结结构构变变成另成另一种一种结结构。构。v对对于于LOLO膜膜，这这两部分作用力是相两部分作用力是相长长的，的，总总的作用力的作用力不会不会为为零，所以零，所以LOLO膜不会膜不会产产生生铁电铁电相相变变。对光学纵膜，频率为：6v在布里渊区中心在布里渊区中心频频率率为为零的零的长长波极限的波极限的光学波光学波，两，两类类原子的运原子的运动动方向相反，方向相反，v当降温到某个温度当降温到某个温度时时 该该振
6、振动冻结动冻结，原子偏离平衡，原子偏离平衡位置的振幅成位置的振幅成为为晶晶态态位移，原子已位移，原子已经进经进入新的平衡入新的平衡位置，晶体的位置，晶体的对对称性也就称性也就发发生了生了变变化，并且形成了化，并且形成了沿位移沿位移轴轴的的电电偶极矩偶极矩 铁电铁电相相变变。v自自发发极化的出极化的出现联现联系于布里渊区中心某个光学横膜系于布里渊区中心某个光学横膜的的软软化。化。在布里渊区中心频率为零的长波极限的光学波，两类原子的运动方向7v在布里渊区中心的在布里渊区中心的光学膜光学膜中，每个晶胞中中，每个晶胞中对应对应的离的离子在同一子在同一时时刻具有相同的位相，如果刻具有相同的位相，如果这这
7、种膜种膜冻结冻结，每个晶胞中正每个晶胞中正负负离子将保持同离子将保持同样样的相的相对对位移，于是位移，于是整个晶体呈整个晶体呈现现均匀的自均匀的自发发极化。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，两，两类类原子的运原子的运动动方向相方向相同，并不伴随极性的改同，并不伴随极性的改变变，所以声学膜的，所以声学膜的冻结冻结不可不可能能导导致自致自发发极化。极化。在布里渊区中心的光学膜中，每个晶胞中对应的离子在同一时刻具有8软软软软膜理膜理膜理膜理论论论论的意的意的意的意义义义义v软软膜理膜理论论揭示了揭示了铁电铁电相相变变的共性，指出的共性，指出铁电铁电相相变变只只是是结结构相构相变变
8、的一种特殊情况。光学横膜表明正的一种特殊情况。光学横膜表明正负负离离子相向运子相向运动动，在布里渊区中心的振，在布里渊区中心的振动动膜膜导导致的致的结结构构相相变变称称为为铁铁畸畸变变性相性相变变，铁电铁电相相变变是是铁铁畸畸变变性相性相变变的一种。的一种。v由布里渊区中心以外某由布里渊区中心以外某处处膜的膜的软软化化导导致的致的结结构相构相变变称称为为反反铁铁畸畸变变性相性相变变，如，如软软膜波矢位于布里渊区膜波矢位于布里渊区边边界，可界，可导导致致反反铁电铁电相相变变。软膜理论的意义软膜理论揭示了铁电相变的共性，指出铁电相变只是9软软软软膜相膜相膜相膜相变变变变的的的的应应应应用用用用v根据根据软软膜理膜理论论，铁电铁电相相变变和反和反铁电铁电相相变变都都应该应该在普在普遍的遍的结结构相构相变变理理论论的基的基础础上来上来进进行研究，从而不再行研究，从而不再局限于只能局限于只能对对个个别别的的铁电铁电体模型体模型进进行研究。行研究。v铁电铁电相相变软变软膜理膜理论论提出后提出后,人人们们利用中子散射、利用中子散射、RamanRaman散射等方法散射等方法对软对软膜膜进进行行实验实验。软膜相变的应用根据软膜理论，铁电相变和反铁电相变都应该在普遍10
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