弛豫铁电体交流极化过程中的介观尺度畴演化机制

在保持对称性的电场下进行极化反转时，能量上等价的铁电畴变体预期会得以保留。然而，近期对弛豫铁电晶体的实验揭示了在交流极化过程中倾斜畴壁的不可逆消除，而其背后的介观尺度机制仍不清楚。在此，我们利用相场模拟，研究了具有准二维层状几何结构的菱方相 Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_3$--PbTiO$_3$ 单晶在交流极化过程中的畴壁运动，该单晶同时包含 71$^\circ$ 和 109$^\circ$ 畴壁。模拟表明，极化反转期间的畴壁行为取决于 71$^\circ$ 和 109$^\circ$ 畴壁之间的间距比。间距紧密的 71$^\circ$ 畴壁会发生不可逆消除，而间距较宽的畴壁则得以保留，同时 109$^\circ$ 畴壁保持完整。我们确定了畴壁消除的阈值比，并发现它依赖于力学边界条件。通过追踪切换过程中的畴壁轨迹，我们将此行为归因于当畴壁变得强耦合时，由长程弹性相互作用引起的相邻 71$^\circ$ 畴壁的非同步运动。这种集体运动打破了能量上等价的畴变体之间的对称性，并导致极化反转过程中畴壁的不可逆消除。这些发现为极化反转过程中的集体畴壁演化提供了机理性的见解，并表明邻近驱动的对称性破缺可能为具有高畴壁密度的铁电材料中的畴工程提供一种介观尺度机制。