鐵電體的特性

日期：2020-07-15瀏覽：3338次

　　在熱釋電晶體中，有若干種點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)極化有兩個或多個可能的取向，在不超過晶體擊穿電場強度的電場作用下，其取向可以隨電場改變，這種特性稱為鐵電性，具有這種性質(zhì)的晶體稱為鐵電體。大量實驗表明，描述鐵電體的物理性質(zhì)（如極化強度、熱釋電系數(shù)、壓電常數(shù)等）與外電場E之間的滯后關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應的類似，如電疇對應磁疇，順電鐵電相變對應于順磁-鐵磁相變，電矩對應磁矩，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具有結構相變溫度，即居里點；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，鐵電體的極化強度P與外加電場E之間呈非線性關系，且極化強度隨外電場反向而反向。極化強度的反向源于鐵電體內(nèi)部存在的電疇反轉。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向，施加的外電場方向平行于極化軸。當場的總電矩為零時，晶體中相鄰電疇的極化方向相反，晶體的總電矩為零。當施加逐漸增加的外電場時，自發(fā)極化方向與電場方向相反的那些電疇體積將由于電疇的反轉而逐漸減小，與電場方向相同的那些電疇則逐漸擴大，于是，鐵電晶體在外場方向的極化強度隨電場增加而增加，如圖的OA段曲線所示。當電場增大到足夠使晶體中反向電疇均反轉到外場方向時，晶體變成單疇體，晶體的極化達到飽和，如圖中C附近部分所示。此后電場再增加，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稱性方面有著關系。通常，高溫的順電相總是對稱性較高的結構，稱為鐵電體的原型結構，隨著溫度的降低，某些對稱要素要消失，晶體便可能轉變?yōu)殍F電相。因此，晶體的各種鐵電相實際上是某種原型結構對稱性發(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)生變化的結構相變時，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、光學性質(zhì)、熱學性質(zhì)等大都出現(xiàn)明顯的改變。晶體在相變點附近所發(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)象對于材料的實際應用也有很重要的意義。