铅钛酸 PbTiO3 在压力和温度下的新型相变
材料科学
2026-01-30 v2
摘要
我们利用同步 X 射线衍射结合密度泛函理论 (DFT) 计算，研究了铅钛酸 (PbTiO3) 在高达 100 GPa 条件下的行为，分别在室温和激光加热条件下进行。 在激光加热金刚石压力罐中产生的高压温度 (PT) 条件下，PbTiO3 解离为 PbO 和 TiO2，与我们的 DFT 计算一致，表明在 65 GPa 以上分解变得焓力上优势。在 contrast， 在室温压缩条件下，PbTiO3 在至少 100 GPa 下仍保持四方晶 I4mcm 相。激光加热产生了不同的 PbO 相：一种是压缩的 α PbO 相，以及一种此前未报道的 δ PbO 多态相，这两种相在解压缩时均转化为 β PbO。计算预测 α PbO 在 70 GPa 以上经历压力诱导带隙闭合，金属化，而 δ 和 β 相仍保持半导体性质，即使在百帕级压力下也保持带隙大于 1 eV。实验和确认性理论结果揭示了 PbTiO3 行为的意想不到的维度，表明不同的平衡态和亚稳态相可以在不同的 PT 合成路径下被稳定。
引用
@article{arxiv.2511.05756,
title = {Novel Transformations of PbTiO3 with Pressure and Temperature},
author = {Husam Farraj and Stefano Racioppi and Gaston Garbarino and Muhtar Ahart and Anshuman Mondal and Samuel G. Parra and Jesse S. Smith and R. E. Cohen and Eva Zurek and Jordi Cabana and Russell J. Hemley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.05756},
year = {2026}
}