中国科学技术大学：《电磁学》课程教学资源（专题报告）铁电物理研究新进展 New Progress in Ferroelectrics（主讲：王忆）

铁电物理研究新进展 New Progress in Ferroelectrics 王忆 Reporter:Wang Yi 天文与应用物理系 yiwang@ustc.edu.cn Tel:3601854 Office Room:1218 2023/6/28 1

2023/6/28 1 铁电物理研究新进展 New Progress in Ferroelectrics 王 忆 Reporter: Wang Yi 天文与应用物理系 yiwang@ustc.edu.cn Tel:3601854 Office Room: 1218

1.History of Ferroelectrics (Ferromagnetics) @166(5)5年前后法国La Rochelled地方人 Pierre de la Seignette最早试制成功罗息盐(RS) (酒石酸甲钠，NaKC4H4O64H2O) Sodium Potassium Tartrate Tetrahydrate @1920年法国人Valasek发现罗息盐的特异的 非线性介电性能，导致了“铁电性”概念的出现， 1920年成为铁电物理学研究开始的象征？ 前，世界上存在200多种铁电体 2023/6728 3

2023/6/28 3 1.History of Ferroelectrics (Ferromagnetics) @166（5）5年前后 法国La Rochelled地方人 Pierre de la Seignette最早试制成功罗息盐（RS） （酒石酸甲钠,NaKC4H4O6·4H2O） Sodium Potassium Tartrate Tetrahydrate @1920年 法国人Valasek发现罗息盐的 特异的 非线性介电性能，导致了“铁电性”概念的出现. 1920年成为铁电物理学研究开始的象征？ 目前，世界上存在200多种铁电体

铁电体的晶体结构：ABO3(ABF3) perovskite structure with A2+B4+or A1+B5+ octahedra B 图2.1钙钛矿结构的一个结构基元 图2.2正氧八面体及其二重、 三重和四重旋转对称轴。 钙钛矿(ABO3)型铁电体是为数最多的一类铁电体 2023/6/28 4

2023/6/28 4 铁电体的晶体结构：ABO3 (ABF3 ) perovskite structure with A2+B4+ or A1+B5+ octahedra 钙钛矿(ABO3 ) 型铁电体是为数最多的一类铁电体

钙钛矿结构的一个结构单元 A 0 0 B 2023/6/28 5

2023/6/28 5 钙钛矿结构的一个结构单元

Pierre Curie was born in Paris, on May15,1859. Pierre was killed in a street accident in Paris on April 19,1906 2023/6/28

2023/6/28 6 Pierre was killed in a street accident in Paris on April 19, 1906 Pierre Curie was born in Paris, on May 15, 1859

Marie Curie Marie died of leukaemia in Born in Warsaw on July,1934 November 7.1867 A Nobel Prize Pioneer atthe Pantheon The ashes of Marie Curie and her husband Pierre have now been laid to rest under the famous dome of the Pantheon,in Paris,alongside the author Victor Hugo,the politician Jean Jaures and the Resistance fighter Jean Moulin.Through her discovery of radium,Marie Curie paved the way for nuclear physics and cancer therapy.Born of Polish parents,she was a woman of science and courage,compassionate yet stubbornly determined. Her research work was to cost her her life. 2023/6/28 7

2023/6/28 7 A Nobel Prize Pioneer at the Panthéon The ashes of Marie Curie and her husband Pierre have now been laid to rest under the famous dome of the Panthéon, in Paris, alongside the author Victor Hugo, the politician Jean Jaurès and the Resistance fighter Jean Moulin. Through her discovery of radium, Marie Curie paved the way for nuclear physics and cancer therapy. Born of Polish parents, she was a woman of science and courage, compassionate yet stubbornly determined. Her research work was to cost her her life. Born in Warsaw on November 7, 1867 Marie died of leukaemia in July, 1934

自发极化的产生 Pb Ba (b】 (a) 图2.4 BaTiO3(a)和PbTiO3(b)四方晶胞 在a面上的投影.与Ti重叠的OI未画出. 顺电相：Ba:(0,0,0) Ti:(1/2,1/2,1/2), 30:(1/2,1/2,0);(1/2,0,1/2);(0,1/2,1/2) 铁电相：Ba:(0,0,0) Ti:(1/2,1/2,1/2+0.0135), 01:(1/2,1/2,-0.0250), 20Ⅱ：(1/2,0,1/2-0.0150)；(0,1/2,1/2-0.0150) 2023/6/28 8

2023/6/28 8 自发极化的产生 顺电相：Ba：（0，0，0） Ti：（1／2，1／2 ，1／2）， 3O： （1／2，1／2 ，0）；(1／2，0 ，1／2）； （0，1／2 ，1／2) 铁电相：Ba：（0，0，0） Ti：（1／2，1／2 ，1／2+0.0135）， OⅠ：（1／2，1／2 ，-0.0250）， 2OⅡ： （1／2，0 ，1／2-0.0150）； （0，1／2 ，1／2-0.0150）

重要特征：铁电体的电滞回线(hysteresis loop) OD:P, remanent polarization B E OE:Ps spontaneous polarization OF:Ec coercive field 电场E E:electric field H P:polarization amplitude 2023/6/28 图1.1铁电体的电滞回线

2023/6/28 9 重要特征：铁电体的电滞回线 (hysteresis loop ) OD: Pr remanent polarization OE: Ps spontaneous polarization OF: Ec coercive field E: electric field P: polarization amplitude P

2.研究内容：bulk materials thin films @核心问题自发极化spontaneous polarization @自发极化是怎样产生的？ @自发极化与晶体结构和电子结构有什么关系？ @在各种外界条件作用下极化状态怎样变化？ @特殊的物理性质和应用 2023/6/28 10

2023/6/28 10 2. 研究内容：bulk materials thin films @核心问题 自发极化 spontaneous polarization @自发极化是怎样产生的？ @自发极化与晶体结构和电子结构有什么关系？ @在各种外界条件作用下极化状态怎样变化？ @特殊的物理性质和应用

五个研究阶段： 第一阶段（1920一1939年) 两种铁电结构材料，即罗息盐和KH2PO4系列； 第二阶段（1940一1958年) Landau铁电唯象phenomenological理论开始建立 ，并趋于成熟； 第三阶段（1959一70年代) 铁电软模(Soft-Mode)理论出现和基本完善； 第四阶段（80年代至今) 主要研究各种非均匀系统。 2023萧五个阶段：96年开始铁电薄膜和铁电薄膜器件

2023/6/28 11 五个研究阶段： 第一阶段（1920—1939年） 两种铁电结构材料，即罗息盐和KH2PO4系列； 第二阶段（1940—1958年） Landau铁电唯象phenomenological理论开始建立 ，并趋于成熟； 第三阶段（1959—70年代） 铁电软模(Soft-Mode)理论出现和基本完善； 第四阶段（80年代至今） 主要研究各种非均匀系统。 第五个阶段：96年开始铁电薄膜和铁电薄膜器件