准同型 PZT 的高压中子研究：两相系统中的相变

在压电陶瓷中，相界附近的相稳定性随应力和温度的变化起着核心作用。本研究致力于经典的压电材料锆钛酸铅（PZT）陶瓷，其组分为 Pb(Zr$_{0.54}$Ti$_{0.46}$)O$_3$，位于准同型相界的富 Zr 侧，此处压电性的本征和非本征贡献均显著。通过高压中子粉末衍射技术研究了该两相系统（室温下为菱方 $R3c$+单斜 $Cm$，压力高于 1 GPa 时为 $R3c+P4mm$）中压力诱导的变化。实验表明，施加压力有利于 $R3c$ 相，而 $Cm$ 相连续转变为 $P4mm$ 相，后者由于竞争熵项而在高温下更有利。$Cm\rightarrow R3c$ 相变是不连续的。该相变有助于非本征压电性。研究揭示了对本征压电性的重要贡献：压力诱导了 $B$ 阳离子（Zr 和 Ti）相对于氧阴离子的巨大位移。高于 600 K 时发生了向立方相的相变。竞争项之间的平衡决定了相界的曲率。高压实验后菱方相的含量比初始时更大，表明在相界的富 Zr 侧，单斜相是亚稳态的。