Ferroelectricity in ternary compounds

Summary

Ferroelectricity has been observed almost exclusively in chalcogenides, in particular in oxides. Except for a few IV–VI compounds (SnTe, etc.) all ferroelectrics are ternary or more complex compounds. The best-investigated ternary ferroelectrics are perovskites, whose electronic and dynamical properties have been studied in detail. Generally, the ferroelectric phase transition is based on a critical cancellation of repulsive and attractive forces (Slater). The residual force governing the phase transition and related properties is the fourth-order polarizability of the chalcogen ions or a corresponding cluster polarizability of anionic groups. The thermodynamic and dynamic properties can be described quite well in a self-consistent phonon approximation, while nonequilibrium metastable excitations, such as photoferroelectric phenomena, require a more exact nonlinear treatment of the crystal polarizability.

Riassunto

La ferroelettricità è stata osservata quasi esclusivamente nei calcogenuri, e particolarmente negli ossidi. Salvo pochi composti IV–VI (SnTe, ecc.) i ferroelettrici sono ternari o composti ancora piú complessi. I ferroelettrici ternari piú conosciuti sono le perovskiti, le cui proprietà elettroniche e dinamiche sono state studiate in dettaglio. In generale la transizione di fase ferroelettrica è basata sulla cancellazione critica delle forze attrattive e repulsive (Slater). La forza residua che governa la transizione di fase e proprietà correlate è la polarizzabilità del quarto ordine degli ioni calcogeni o la polarizzabilità complessiva dei gruppi anionici. Le proprietà dinamiche e termodinamiche possono essere ben descritte nell'approssimazione dei fononi autoconsistenti, mentre le eccitazioni metastabili di non equilibrio, come i fenomeni foto-ferroelettrici, richiedono una piú rigorosa trattazione non lineare della polarizzabilità cristallina.

Резюме

Наблюдается ферроэлектричество в халькогенидах, в частности, в окислах. За исключением некоторых IV-VI соединений (SnTe и др.), все ферроэлектрики являются трехкомпонентными или более сложными соединениями. Наиболее исследованными трехкомпонентными ферроэлектриками явяются перовскиты, электронные и динамические свойства которых изучены подробно. Ферроэлектрический фазовый переход основан на критической взаимной компенсации отталкивающей и притягивающей сил. Остаточная сила, определяющая фазовый переход и родственные свойства, представляет поляризуемость четвертого порядка халякогенидных ионов или соответствующую поляризуемость кластеров анионных групп. Термодинамические и динамические свойства могут быть хорошо описаны в самосоггасованном фононном приближении, тогда как неравновесные метастабильные возбуждения, такие как фото-ферроэлектрические явления, требуют более точного нелинейного рассмотрения поляризуемости кристалла.