2022-2023学年高二物理竞赛课件：反铁电相变

反铁电相变 2 反铁电相变 反铁电体的特点之一是，与离子相对位移重合的直线上，自发极化方向是相同的。但是邻近直线上的极化方向则相反，所以净自发极化强度为零。若子晶格I的极化强度为P1，子晶格II的极化强度为P2，并有P1=-P2。采用类似于铁电体的自由能展成为极化强度的幂级数的方法，也把反铁电体的自由能展成为子晶格的极化强度P1和P2的幂级数。 3 应该指出，许多材料并不表现出很明确的一级或二级相变特征。晶体中不可避免的存在着缺陷、应变和其他不均匀性，它们倾向于使相变范围变宽，因而可能在一级相变中，自发极化也并不表现出显著的不连续，在二级相变中电容率也并不成为无穷大。 4 实验上比较容易观测的区别一、二级相变的特征主要是： 第一、相变是否有热滞？ 第二、相变点上下居里常量之比等于多少？如果接近于8，很可能是一级相变；如果接近于2，很可能是二级相变。 5 自由能F展开式中，A4相应于一级相变，A4>相应于二级相变，而A4=是一个特殊的点，称为三临界点（tricritical point）。 A４=时，自由能表达式为 6 由自由能F取极小值的条件求出自发极化为 由F对P的二级微商得出介电隔离率 7 这表明，c以下，自发极化正比于 (c- )1/4， c上下，居里常量之比为4。这些既不同于一级相变，也不同于二级相变。 于是有 8 在有些铁电固溶体中，相变特征随组分而变化，因而在一定的组分时可观测到三临界点。例如PbZrxTi1-xO3中，x=0.283和x=0.898是三临界点的组分。在KxNa1-xSr1.22Ba0.78Nb5O15中，x=0.5，T=471K相应于三临界点。一般说来，铁电体的三临界点要在施加应力的条件下才能发现。 9 KDP晶体在 温度（T） 压力（X） 电场（E）　空间的相图。 10 其中实线为一级相变线，虚线为二级相变线，三临界点相应于三条二级相变线的交点，其坐标为T=114K, X=2103bar，E=0。 现在已在不少铁电体中发现了三临界点。 11 这种做法不是很严格的，因为P1、P2不是实验上可以测定的量。 其中G（，0）为顺电态时的自由能。系数A2是温度的函数；B、A4、A6可以认为与温度无关。 12 对于铁电态P1=P2，反铁电态P1=-P2，顺电态P1=P2=0。这里只考虑反铁电态的相变的情况，即P1=-P2的情况。由于在顺电态（即相变温度以上）极化率遵从居里-外斯定律，因此可以预料系数A2与温度之间存在线性关系。若假设B、A6是正值，当A4也是正值时，上面的自由能表达式就代表二级相变的自由能；当A4为负正值时，则就代表一级相变的自由能。即A4的符号反映反铁电体的相变性质。 $$