Pikosekundová iontová dynamika vysvětluje dielektrické vlastnosti BaTiO₃

BaTiO₃ je často považován za modelový feroelektrický materiál, jehož dielektrické vlastnosti jsou určeny především posuny iontů Ti vůči kyslíkovým oktaedrům, obklopujícím tyto ionty. I po desetiletích dedikovaného výzkumu však na tomto poli zůstává mnoho nejasností – např. se dosud nepodařilo přesně a přesvědčivě popsat kolektivní dynamiku iontů Ti. Naším záměrem bylo studovat tento problém pomocí „nanoskopických“ metod RTG rozptylu a atomistických simulací. Kombinací těchto metod se nám podařilo ukázat, že dynamika iontů titanu může být vyčerpávajícím způsobem popsána pomocí fononů, excitovaných na škálách pikosekund.

Prostoročasové rozdělení relativních výchylek Ti-O₆ v kubickém BaTiO₃ Jedna komponenta relativní výchylky Ti-O₆ v rámci jedné vrstvy materiálu, zmapovaná pomocí různých časových průměrování (a-c). Výsledek jednoznačně ukazuje, že korelace v rámci řetězců existují na škále pikosekund. Výchylky zprůměrované přes celou dobu simulace a všechny elementární buňky mají kvádrové rozdělení s mělkými minimy podél diagonálních směrů.

¹Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences, Na Slovance 2, 182 21 Prague 8, Czech Republic
²Research School of Chemistry, Australian National University, Canberra, ACT 2601, Australia
³Institut Laue-Langevin, BP 156, 38042 Grenoble Cedex 9, France
⁴Cardiff University, School of Chemistry, Park Place CF10 3AT, Cardiff, United Kingdom