缺陷钉扎导致的铁电陶瓷介电弛豫

李立本，郭惠芬，陈庆东，李庆收

(1.河南科技大学物理与工程学院，河南洛阳471023;2.南京大学固体微结构物理国家重点实验室，江苏南京210093)

0 前言

在介电常数—温度曲线上存在反常峰是铁电材料的典型特征。热力学理论和试验结果均表明:对于无缺陷的单畴铁电晶体，有奇点、不连续和尖头3种典型反常峰［1］。但是，铁电薄膜和掺杂的铁电陶瓷的介电温谱往往存在弥散的宽峰［2－8］。铁电薄膜的介电弥散被认为是一种界面效应:膜与衬底(电极)界面处的失配缺陷在膜内引起均匀的应变，会改变薄膜相变的级［9－10］，或失配缺陷在膜内导致非均匀的应力场，使得相变在不同区域不同温度连续发生［11－12］。铁电陶瓷的厚度很厚，上述界面效应可以忽略。虽然颗粒间晶界对于诸如CaCu3Ti4O12这样的高介电陶瓷的介电温谱的影响巨大［13－14］，但在高纯BaTiO3陶瓷却没有观察到介电弛豫现象［8］。

文献［15］曾假定铁电陶瓷中存在许多微区，每个微区的相变是一级的，但由于颗粒间的应力作用使各微区的相变温度呈高斯分布。由此，可以解释特定频率下Zr掺杂的BaTiO3陶瓷的介电温谱［8］。进而结合德拜弛豫方程，文献［16］还给出了峰值介电常数对频率的依赖关系。这种唯象模型虽在一定程度上取得成功，但假设的一致性尚需探讨，且物理本质不甚明了。铁电体的本质特征是存在自发极化，且极化取向随外加电场而变化。电极化强度对外加电场的响应是铁电畴壁运动的宏观表现。类似于超导体，把铁电畴壁的运动过程视为弹性体在随机缺陷媒质中的运动［17－18］，进而量子化为电荷密度波(CDWs)在有钉扎势场中的传播［19－21］，不仅物理图像清晰，而且可以从本质上理解介电常数的起源［22］。……