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弛豫铁电体具有优异的压电、电致伸缩等特性，已广泛地应用于超声设备、传感器等，并有可能用于人工智能、神经网络等领域。该材料的优异特性被认为来源于材料内存在的大量纳米极化区域(PNRs)。研究PNRs的空间构造对于理解弛豫铁电体材料优异性能的本质具有重要意义。但长期以来，人们对PNRs的实验观测多是采用基于对晶格振动(声子)研究的非弹性中子散射和拉曼散射、或基于晶格位移的X射线漫散射等间接实验手段。因此寻找一种能直接反映PNRs结构信息的实验方法对人们从微观角度了解PNRs的功能具有重要意义。
本实验利用同步辐射装置，首次采用准相干X射线透射小角散射实验方法研究了0.72Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.28PbTiO3弛豫铁电体中PNRs的空间构造，得到在Tm(401K)附近明显存在、在高温(600K左右)时消失的中心对称衍射斑点(附加外电场)或弥散状散射斑。这些衍射斑点来源于PNRs的准周期性空间分布。本文侧重研究了PNRs空间构造以及温度、电场变化的响应特性，并进一步研究了PNRs空间构造和材料优异性能的关系。
实验分析表明：在Tm附近的自发状态下，PNRs的形状为椭圆形，沿＜001＞方向的长轴尺寸为17nm，沿＜100＞方向的短轴尺寸为10nm；分布呈现出一定的随机性，相邻PNRs的平均距离沿＜001＞和＜100＞方向分别为46nm和36nm；PNRs准周期性关联在高于Tm约200K时完全消失。在沿＜100＞方向加强电场(2.3kV/cm)时，PNRs在Tm附近呈现出沿＜1±11＞方向清晰的准周期分布，周期为36nm；PNRs的占主导地位的极化和关联方向随着温度的升高在＜111＞和＜1-11＞之间变化；沿＜1±11＞方向的PNRs准周期性关联在高于Tm约40K时完全消失。
根据以上分析结果，提出了PNRs的微观响应模型：Tm温度以上，热平衡状态下的PNR呈椭圆分布，极化指向轴向；沿轴向加外电场时，PNRs的极化和关联方向从轴向偏转到对角方向，并由此产生沿轴向电场方向的宏观极化以及较高的介电系数。已有的实验结果—在Tm以下微畴具有沿对角方向的极化取向—完全支持这个模型。该材料优异的压电、电致伸缩等性能与微观上PNRs的极化和关联方向的取向变化密切相关。