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1、..,第13卷第1和2期物理学进展V()113No1、,:(j艺_1993年6月PROGRESSINPHYSICSlunc.19(〕3结构相变和声子特性张明生,(南京大学现代分析中心和固体微结构物理国家重点实验室南京21笼)〔)08)尹真(,南京210()08)南京大学物理系提要本文简要地评述了几类氧化物材料的结构相变和声子特性,讨论了担酸锉,锐酸锉晶体铁电相变动力学,妮酸钡钠晶体的无公度相变以及高温超导体的结构相变和结构不稳定性凸一、引言随着温度,压力,电场,磁场.频率或者光强等物理量的变化,凝聚态材料的结晶学结,。,Brer、{构发生变化则
2、称该材料出现了结构相变早期ueg将结构相变区分为两个基本类型:重构型卯位移型。这样的分类是基于形成周期性网格的化学键经相变后受到破坏与否。严格地说,把非重构型的结构相变均归入位移型一类是有局限性的。显然这难以包括原子、分子单元及等效基团处于深位阱中作极其非线性的运动所关联的有序一无序型相。.();变对于重构型相变我们可以举出碳一石墨一金刚石一以等的结构变化而非重构型相变则包括位移型相变,有序一无序型相变,混合型相变,以及与电声子互作用相关的,一。,,尸。erl、相变JahnTelle:相变等当然不包括超导相变因为其系统的结构对称性在相变前后不发
3、生变化。,Anders歌2和hran皿31在研究结构相变和晶格动力学性质的关系方面onCoc首先提出了软模理论。这一理论的核心是:当温度趋近于相变点时、光学声子模频率的平方趋于零这一联系着光学活性振动不稳定的模称作软模。有效短程力和库仑长程力在相变点的互相抵消是导致软模在相变温度软化(州TO)~o)的根本原因。将软模理论拓宽,相对于铁,,。弹性则存在不稳定的声学声子模它们在光学上是不活性的与红外不活性的光学声子’,,。一“模相关的相变称为铁电四极相变因为该模具有电四极矩而不是电偶极矩对f波矢k,。井。的非均匀不稳定模情形我们所研究的是多种反铁畸
4、相变其中特别有意义的是调制周期与原来正常晶格周期不呈公度的无公变相变。如果我们计及一些物理量和声子的强烈藕合,而这些物理量本身趋向有序,由于藕合,晶格振动模的行为表现为次级序参量,这类相变归入了非本征相变范畴。一与畸变型相变不同的有序一无序型相变在高对称相不存在平移对称性.这是由于原胞的某些组分在位置或取向上的任意性的结果。取向有序,一无序相变一般是由离子有序2期:张明生等结构相变和声子特性。6S3r,,a偶极有序或四极有序驱动的这类相变可举出代表性的材料如CHNHBKCNNCN。:一’。1一‘2。等它们的相变过程由极化起伏的弛豫时间(一般在1
5、0一0秒)来表征典型的位e34,、。。置无序可以在FORbAgI等材料中发现另外两类属于取向有序相变的是处于液相和结晶相之间的塑性结晶相变(具有低的熔化嫡和易于塑性形变)和子晶格熔化关联的超离子导体的相变。后者涉及可动离子在原胞内不同位置间的热激活跳跃过程,而不涉及碰撞扩散过程。,近年来一些实验结果表明存在于位移型相变和有序一无序型相变的中间情形的结构相变。透射电子显微镜研究发现,通常认为属于位移型相变的妮酸钾材料经相变后,妮,钦离子沿立方(111>方向无序分布中存在有序化微畴结构川。非弹性光散射研究提出了担。DP,酸铿和妮酸锉属于铁电混合型相
6、变川在KTSCC等材料中观察到呈现位移型特性的欠阻尼软模。,结构相变与声子特性之间的关联反映在有序一无序型相变情形随温度趋近于相变,,。,点正则模的强度趋于零线宽急剧增宽对于位移型相变其特征的谱行为是软横向光学声子模频率趋于零。在较复杂的藕合系统,软光学声子和声学声子藕合引起声反常。e:。Fl盯户〕对两类藕合进行了讨论线性祸合取cOA形式非线性藕合的最低阶互作用取Z。,:,,。1)()A形式(其中O表示软模振幅A声学声子振幅CD分别为藕合系数)在合作一,JnTer效应引起相变的系统ahel布里渊区中心软电子模和布里渊区中心声学声子的藕。k护,,
7、合产生弹性常数软化有关的声反常对于。的非均匀模情形声子的概念必须扩展以,,非线性晶格系统的元激发相位子振幅子的色散关系动力学特性来描述它们与相变间的关联。结构相变研究领域十分广阔。在有限的篇幅里本文就几个重要方面,锅酸铿和担酸锉,的铁电相变晶格动力学妮酸钡钠晶体的无公度相变和高温超导体的结构相变及其声子特性进行简要讨论。有关结构相变问题的全面论述,请参阅冯端等专著闭和一些有关文s‘“。t一〕献二、铁电相变的晶格动力学。non担酸铿和锐酸铿材料的铁电相变动力学是长期以来争论的问题以Johst和,,av口‘〕Kmino为一方认为其铁电相变是二级位移
8、型的其论据是当温度趋近于相变点Tc,,。enna巨‘2〕,aues。:n仁our时横向光学声子A(TO)模完全软化以p等Sml等周以及ehwdhy。。
