qq飞车手游2019新车上线时间表:材料頂刊:缺陷電介質物理領域新突破!

qq飞车手游s车闪电风暴美化包 www.nfrun.icu 近日,澳大利亞國立大學劉蕓教授科研團隊在缺陷電介質物理領域有新突破。通過對簡單金屬體系銳鈦礦二氧化鈦進行受體摻雜研究了缺陷偶極子的缺陷狀態和其對母體材料的介電極化行為的影響。相關結果以“Collectivenonlinear electric polarization via defect-driven local symmetry breaking”為題發表在材料類頂刊《Materials Horizons》上。

材料頂刊:缺陷電介質物理領域新突破!

缺陷摻雜近年來在改善材料介電性能并實現性能突破方面得到越來越多的關注和研究,包括用缺陷摻雜增強的鐵電體的鐵電性,壓電性,缺陷調控的鐵電疇工程,以及缺陷增強的巨介電行為。這些體系中的極化性質變化和缺陷偶極子極化,本體極化以及這兩者之間的耦合息息相關。雖然有很多學者利用缺陷偶極子來對材料極化性質進行改善,但是對于簡單的缺陷偶極子的介電極化行為,以及其對于局域晶體結構的影響的研究還很欠缺。

二氧化鈦摻雜后電極化行為從線性變成非線性,而且表現出異常的電滯極化行為

圖1 二氧化鈦摻雜后電極化行為從線性變成非線性,而且表現出異常的電滯極化行為

基于近年來晶體缺陷工程及其手段的不斷發展,本工作以通常的銳鈦礦二氧化鈦為簡單的母體,進行Mg離子摻雜同時可以引入氧空位研究和揭示缺陷極化及其對母體極化的影響。Mg離子在6氧八面體中的半徑要比Ti4價離子大,理論計算表明Mg摻入二氧化鈦中后和氧空位 (Vo)之間能夠進行強有力的耦合形成缺陷偶極子。如圖1所示,實驗發現少量 (£0.5 at%) 的Mg摻入后能夠使得二氧化鈦的線性極化行為變成類似與鐵電極化的非線性而且介電常數幾乎得到了一個數量級的提高。通過對樣品施加電場進行極化發現相應介電溫譜在極化后出現了介電弛豫峰。

分析表明極化之前的弛豫過程符合傳統的Debye介電弛豫模型,但是極化后不符合。進一步研究發現這個過程是一個氧空位近鄰遷移和缺陷偶極子的反轉的一個化學和物理的復合過程。文章中提出了新的相應的熱力學模型進行解釋并且能夠和實驗結果進行很好的吻合。

通過理論計算和模擬發現(如圖2)對缺陷狀態及缺陷之間的相互作用進行了詳細的揭示。Mg-Vo缺陷偶極子的存在使周圍的Ti離子產生了位移極化,隨著離Mg的距離增大這種效應由大變小,整體形成了一個局域的對稱性破缺區域。這個過程類似于局域拓撲極化且能夠形成比一般的單純的位移型缺陷離子或Ti的位移極化大得多的偶極矩。而這些局域對稱性破缺區域極化之間的相互作用形成了一種電偶極子玻璃態進而產生室溫的非線性極化行為,模擬的結果和實驗結果很吻合。

缺陷引起的局域對稱性破缺造成的局域缺陷偶極子以及模擬偶極子之間相互作用形成的非線性極化行為

圖2缺陷引起的局域對稱性破缺造成的局域缺陷偶極子以及模擬偶極子之間相互作用形成的非線性極化行為

該研究揭示了在傳統離子位移型偶極子玻璃態以外的另外一種缺陷偶極子玻璃態行為,這種玻璃態的熱動力學過程包括了偶極子的反轉以及氧空位緊鄰遷移。該成果不僅豐富了電介質物理和缺陷化學及物理,同時有助于對鐵電體或者是極性金屬氧化物中由缺陷摻雜引起介電極化行為變化的理解的調控。

論文第一作者為澳大利亞國立大學劉蕓教授課題組的董文博士,目前在華威大學物理系做博士后研究員。論文的共同通訊作者為劉蕓教授,臥龍崗大學David Cortie博士還有新南威爾士大學堪培拉分校的Terry Frankcombe博士。該研究工作得到了澳大利亞澳洲研究理事會和中國國際科技合作計劃的共同支持。

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