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鐵電體的特性

日期：2020-07-15瀏覽：3299次

　　在熱釋電晶體中，有若干種點(diǎn)群的晶體不但在某溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向，在不超過晶體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，其取向可以隨電場(chǎng)改變，這種特性稱為鐵電性，具有這種性質(zhì)的晶體稱為鐵電體。大量實(shí)驗(yàn)表明，描述鐵電體的物理性質(zhì)（如極化強(qiáng)度、熱釋電系數(shù)、壓電常數(shù)等）與外電場(chǎng)E之間的滯后關(guān)系曲線就是電滯回線（ferroelectric hysteresis）,類似于鐵磁體的磁滯回線。除此之外，鐵電體與鐵磁體在許多其他物理性質(zhì)上也是具有一一相對(duì)應(yīng)的類似，如電疇對(duì)應(yīng)磁疇，順電鐵電相變對(duì)應(yīng)于順磁-鐵磁相變，電矩對(duì)應(yīng)磁矩，所以歷*就將這類具有電滯回線的晶體稱為鐵電體。鐵電體的共同特性為：①具有電滯回線；②具有結(jié)構(gòu)相變溫度，即居里點(diǎn)；③具有臨界特性。分述如下。

　　（1）電滯回線

　　自發(fā)極化僅僅是晶體具有鐵電性的必要條件，鐵電體的重要特性之一是具有電滯回線。鐵電體的典型P-E電滯回線如圖所示，它表明，鐵電體的極化強(qiáng)度P與外加電場(chǎng)E之間呈非線性關(guān)系，且極化強(qiáng)度隨外電場(chǎng)反向而反向。極化強(qiáng)度的反向源于鐵電體內(nèi)部存在的電疇反轉(zhuǎn)。這里為了討論簡化，以單晶體為例，假定自發(fā)極化的取向只有兩種可能，即沿某晶軸的正向和負(fù)向，施加的外電場(chǎng)方向平行于極化軸。當(dāng)場(chǎng)的總電矩為零時(shí)，晶體中相鄰電疇的極化方向相反，晶體的總電矩為零。當(dāng)施加逐漸增加的外電場(chǎng)時(shí)，自發(fā)極化方向與電場(chǎng)方向相反的那些電疇體積將由于電疇的反轉(zhuǎn)而逐漸減小，與電場(chǎng)方向相同的那些電疇則逐漸擴(kuò)大，于是，鐵電晶體在外場(chǎng)方向的極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)增加而增加，如圖的OA段曲線所示。當(dāng)電場(chǎng)增大到足夠使晶體中反向電疇均反轉(zhuǎn)到外場(chǎng)方向時(shí)，晶體變成單疇體，晶體的極化達(dá)到飽和，如圖中C附近部分所示。此后電場(chǎng)再增加，與一般

18℃之間為鐵電相，其他溫度為順電相，因此，24℃稱為它的上鐵電居里溫度，-18℃為它的下鐵電居里溫度。

　　晶體的順電相和鐵電相在晶體的對(duì)稱性方面有著關(guān)系。通常，高溫的順電相總是對(duì)稱性較高的結(jié)構(gòu)，稱為鐵電體的原型結(jié)構(gòu)，隨著溫度的降低，某些對(duì)稱要素要消失，晶體便可能轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相。因此，晶體的各種鐵電相實(shí)際上是某種原型結(jié)構(gòu)對(duì)稱性發(fā)生逐次遞降而形成的亞群。

　　（3）臨界特性

　　晶體在發(fā)生順電-鐵電相變或其它極化狀態(tài)發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)相變時(shí)，晶體的一系列物理性質(zhì)發(fā)生反常變化。例如，晶體的介電性質(zhì)、彈性、壓電性、光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)等大都出現(xiàn)明顯的改變。晶體在相變點(diǎn)附近所發(fā)生的各種性能反常變化通稱為臨界現(xiàn)象。晶體的臨界現(xiàn)象包含了許多有關(guān)鐵電現(xiàn)象本質(zhì)和晶體內(nèi)部各種物理過程的重要信息。臨界現(xiàn)象對(duì)于材料的實(shí)際應(yīng)用也有很重要的意義。

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