高压下LiTaO3介电和铁电性质的演变

《Journal of Materials Chemistry C》：Evolution of dielectric and ferroelectric properties in LiTaO3 under high pressure

本研究通过原位交流阻抗谱、X射线衍射及P-E滞回环测量，结合第一性原理计算，系统研究了LiTaO3在高压（最高50 GPa）下的电学、介电和铁电特性演变。结果表明，高压下Li+离子迁移引发显著电致伸缩效应，介电常数在37.2 GPa达到峰值并发生离子-电子传导转变，R3c相铁电性增强（饱和极化提高2.3倍，剩余极化提高3倍），但压力超过37 GPa后铁电性消失，因TaO6八面体转变为TaO8多面体导致结构相变（R3c→Pnma），揭示了铁电性、电学特性与结构演变的关联机制，为高性能无铅铁电材料开发提供新视角。

　　

在这项研究中，通过结合原位交流（AC）阻抗谱、X射线衍射、极化-电场（P-E）迟滞环测量以及第一性原理计算，系统地研究了LiTaO?在高达50 GPa的高压下的电学、介电和铁电性质的演变。从AC阻抗谱测量结果来看，Li?离子在晶格中的定向移动会导致LiTaO?出现明显的电致伸缩效应。随着压力的增加，相对介电常数逐渐增大，并在37.2 GPa时达到最大值，此时LiTaO?从离子导电转变为电子导电。P-E迟滞环测量显示，在R3c相中铁电性显著增强，饱和极化Ps和剩余极化Pr分别增加了2.3倍和3倍；而铁电性在大约37 GPa的压力下消失。TaO?八面体向TaO?多面体的压力驱动转变引发了从R3c相到Pnma相的结构转变，这一转变既导致了离子-电子性质的转变，也改变了铁电性质。这些发现为无铅铁电材料在压力作用下的铁电性、电学性质和结构演变之间的机制联系提供了新的视角，有望加速高性能铁电材料的探索与开发。