立方 [111] 场冷 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 的中子和 X 射线衍射研究

利用中子和 X 射线衍射技术研究了在 [111] 方向施加电场下弛豫铁电体 Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_{3}$ (PMN) 中竞争的长程和短程极性有序。尽管有报道指出当电场 E > 1.7 kV/cm 时会发生从立方相到三方相的结构相变，但我们发现对于高达 8 kV/cm 的电场，体相晶胞仍保持立方结构（灵敏度范围内 90$^{\circ}$-$\alpha$ =0.03$^{\circ}$）。此外，我们观察到一种局限于晶体近表面体积或“皮层”的结构相变，其中当 E > 4 kV/cm 时，立方晶胞在 T$_{c}$=210 K 转变为三方晶胞，且在 50 K 以下 90$^{\circ}$-$\alpha$=0.08 $\pm$ 0.03$^{\circ}$。虽然体相晶胞保持立方，但在 T$_{c}$=210 K 以下观察到漫散射被抑制且布拉格峰强度相应增强，这表明随着电场增加结构更加有序，但体相中不存在长程铁电基态。电场强度对 T$_{c}$以上的漫散射影响很小，然而在 T$_{c}$以下，漫散射强度降低并在倒易空间中呈现不对称线型。我们的中子测量（针对体相）中缺乏滞后现象以及存在两个不同的温度标度，表明 PMN 的基态并非如某些理论所建议的冻结玻璃态，而是最好理解为通过结构无序引入的随机场。基于这些结果，我们还提出 PMN 代表了双长度尺度问题的一个极端例子，并且 distinct skin 的存在可能是弛豫基态的必要条件。