The giant electromechanical response in ferroelectric relaxors as a critical phenomenon

铁电性 压电 凝聚态物理 材料科学 电场 相图 相变 压电系数 临界点(数学) 电介质 极化(电化学) 物理 相(物质) 光电子学 化学 复合材料 数学 数学分析 量子力学 物理化学
作者
Zdravko Kutnjak,J. Petzelt,R. Blinc
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:441 (7096): 956-959 被引量:663
标识
DOI:10.1038/nature04854
摘要

The direct conversion of electrical energy to mechanical work by a material is relevant to a number of applications. This is illustrated by ferroelectric 'relaxors' such as Pb(Mg(1/3)Nb(2/3))O(3)-PbTiO(3) (PMN-PT; refs 5, 6): these materials exhibit a giant electromechanical (piezoelectric) response that is finding use in ultrasonic and medical applications, as well as in telecommunications. The origins of this effect are, however, still unclear. Here we show that the giant electromechanical response in PMN-PT (and potentially other ferroelectric relaxors) is the manifestation of critical points that define a line in the phase diagram of this system. Specifically, in the electric-field-temperature-composition phase diagram of PMN-PT (the composition being varied by changing the PT concentration), a first-order paraelectric-ferroelectric phase transition terminates in a line of critical points where the piezoelectric coefficient is maximum. Above this line, supercritical evolution is observed. On approaching the critical point, both the energy cost and the electric field necessary to induce ferroelectric polarization rotations decrease significantly, thus explaining the giant electromechanical response of these relaxors.

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