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铌铁酸铅Pb(Fe1/2Nb1/2)O3(PFN)是一种具有高介电常数、铁电、反铁磁/铁磁和磁电耦合等多种性质的功能材料，它在高介电电容器、多铁存储技术等领域具有潜在的应用价值。(1－x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3－xPbTiO3(PFNT)是在PFN基础上掺杂改性的二元复杂钙钛矿铁性材料。与著名的弛豫性铁电体Pb(Mg1/3Yb2/3)O3-PbTiO3(PMNT)相似，随着PbTiO3浓度的改变，PFNT存在一个准同型相界区域，在该区域附近，样品的结构与性质发生突变，这是近期科研界研究的热点。最近，PFNT的巨介电性质也引起了人们的广泛关注。
在本论文中，我们利用同步辐射X射线吸收精细结构(X-ray absorption finestructure，XAFS)的方法，对PFNT单晶的多种元素(Fe，Pb，Ti)进行了电子结构和局域结构的研究。Fe K边的边前结构显示，Fe的3d轨道发生了劈裂，除了晶体场劈裂导致的t2g和eg外，在7111 eV和7117 eV还各有一个吸收峰，分别对应着Fe2+的1s-3d跃迁和Fe3+的1s电子到近邻过渡元素(Fe，Nb，Ti)d轨道的跃迁。由于FeO6八面体的扭曲较大，导致了Fe的3d和4p轨道的杂化。Fe K边扩展X射线吸收精细结构(extended X-ray absorption fine structure，EXAFS)的结果显示，随着Ti掺杂浓度的提高，Fe-O第一配位层的局域结构没有发生明显的变化，而Fe-Pb第二配位层的局域结构却非常不同。在低掺杂(x=0.07)的样品中，Fe原子沿着[111]方向偏移，和3个Pb原子形成配位结构；在高掺杂(x=0.48)的样品中，Fe原子沿着[001]方向偏移，和4个Pb原子形成配位结构。Pb L3边EXAFS的结果和上述原子构型一致。通过对Ti K边边前结构的分析，研究了边前各个吸收峰所对应的电子跃迁，并发现Ti掺杂浓度越高，Ti偏离TiO6八面体中心的距离越大。
我们利用介电谱和阻抗谱系统地分析了PFNT单晶的介电性质，在100～300K温度范围内发现了两个介电异常，一个是由Maxwell-Wagner(MW)界面极化诱导的巨介电常数效应引起的，另外一个是由偶极玻璃效应导致的。Fe2+的存在是产生巨介电常数的根源，由于不同掺杂浓度样品的Fe-O配位层局域结构相似，所以电子在Fe2+和Fe3+之间的跳跃式跃迁(hopping)所需能量非常接近，从而导致不同掺杂浓度的样品具有相近的激活能。低掺杂的样品在[100]和[111]方向上表现出各向异性的巨介电响应，这与样品内部界面的取向以及局域电导的形成机制有关。PFNT的巨电压调谐和负电压调谐可以分别用多重极化机理(multipolarization mechanism)模型和MW等效电路模型来解释。
低掺杂的样品在低温下(T<13 K)具有弱铁磁性，这是由Fe3+-O-Fe3+离子链的扭曲导致的自旋倾斜(spin canting)引起的。低掺杂的样品还具有自旋玻璃效应，这可能和它的混合相结构有关。高掺杂的样品在5 K时仍表现出顺磁性，这是因为Ti掺杂浓度的提高，破坏了Fe元素的局域短程有序，从而导致了磁性的减弱。