2024年12月3日，Phys. Rev. Lett.在线发表了美国卡内基科学研究所R. E. Cohen、伊利诺大学芝加哥分校Muhtar Ahart和Russell J. Hemley课题组的研究论文，题目为《Absence of High-Pressure Ground-State Reentrant Ferroelectricity in PbTiO3》。
铁电性长期以来被认为是一种低压现象。例如，在PbTiO3中不存在高于12 GPa的铁电性。这也符合长期以来的观点，即晶体结构随着压力的增加而变得更简单、更对称。这个概念是直观的，因为随着压力的增加，原子密度必须增加，而硬球随着密度的增加趋于密堆积。尽管过去二十年中进行的许多高压研究与这一猜想相矛盾，但似乎很明显，铁电性（需要脱离原子密堆积）会随着压力的增加而消失。
在此研究中，作者利用密度泛函理论（DFT）和实验金刚石对顶砧技术研究了经典钙钛矿铁电体PbTiO3在高压下的铁电性。使用二次谐波发生光谱来检测反演对称性的缺失。与早期的理解和实验一致，研究发现铁电性在中等压力下消失。然而，DFT计算表明，这种消失是由于区域边界不稳定性的超越，而不是像以前认为的那样，是由于压力对偏离中心铁电位移的挤压。此外，在高压下，相对于具有P21/m对称性和8配位Ti的新致密中心对称后钙钛矿相，畸变的钙钛矿相是亚稳态的，其在约70 GPa时变得稳定。值得注意的是，在实验或理论中都没有发现高达兆巴压力的超高压铁电性的证据。
图2 PbTiO3中二次谐波发生(SHG)信号随压力的变化图3PbTiO3相相对于立方钙钛矿的焓差随压力的变化图4 PbTiO3从I4/mcm到R3c的焓差比较图5 PbTiO3的晶体结构，均显示为在80 GPa下弛豫的结构
Cohen, R.E., Lin, Y., Ahart, M. et al.Absence of High-Pressure Ground-State Reentrant Ferroelectricity in PbTiO3.Phys. Rev. Lett.,2024,133, 236801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.236801
【其他相关文献】
[1] Kornev, I.A., Bellaiche, L., Bouvier, P. et al. Ferroelectricity of perovskites under pressure. Phys. Rev. Lett.,2005, 95, 196804. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.196804[2] Janolin, P.E., Bouvier, P., Kreisel, J. et al. High-pressure effect on PbTiO3: An investigation by Raman and x-ray scattering up to 63 GPa. Phys. Rev. Lett.,2008, 101, 237601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.237601感谢对《电介质Dielectrics》的大力支持！https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.236801(点击左下角“阅读原文”即可直达原文)
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