BaTiO_3 的朗道热力学势

本文探讨了使用朗道热力学势描述 BaTiO_3 单晶的介电和铁电性质。我们的结果表明，当使用热力学势的六次方自由能展开时，需要显著不同的四次方系数 $\beta$（即 $P^4_i$ 项的系数），才能分别充分再现顺电相的非线性介电行为和电场诱导铁电相的行为。相比之下，使用具有公共系数集的八次方展开能够同时很好地描述这两个相。这些特征以及文献中可用的数据，有力地证明了在 BaTiO_3 的朗道热力学势中引入八次方项的必要性。此外，根据顺电相中沿 [001]、[011] 和 [111] 方向的非线性介电响应，评估了四次方系数 $\beta$ 和 $\xi$（即 $P^2_i P^2_j$ 项的系数）。在 $T_C$ 以上，这两个系数均表现出显著的温度依赖性。对四方相单畴晶体线性介电响应的进一步分析表明，为了充分描述铁电相的介电行为，具有温度依赖性的非简谐系数也是必需的。因此，我们提出了一个部分非简谐系数依赖于温度的八次方热力学势，并与现有势进行了比较。总体而言，本文提出的势在再现这种原型铁电物质的介电和铁电性质方面表现出更高的质量。