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熱釋電與鐵電性能的自發(fā)極化及其微觀機(jī)制

日期:2020-07-10瀏覽:2027次

         在晶體中,如果晶胞中由于晶格結(jié)構(gòu)對稱性原因使正負(fù)電荷中心不相重合,即每一個晶胞具有一定的固有偶極矩時,由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性,晶胞的固有偶極矩便會沿同一方向排列整齊,使晶體處于高度極化狀態(tài)下。這種極化狀態(tài)是在外電場為零時自發(fā)產(chǎn)生的,因而稱為自發(fā)極化。具有自發(fā)極化的晶體必然是個帶電體,在晶體內(nèi)外空間建立電場,其電場強(qiáng)度取決于自發(fā)極化強(qiáng)度。

      非極性晶體從彈性能的角度考慮是穩(wěn)定的,那么為什么其中會出現(xiàn)陰、陽離子的位移從而出現(xiàn)自發(fā)極化呢?其原因可以簡單地闡述如下。假設(shè)偶極子起源于電荷為q的一種A離子在晶格中的位移,則極化起因于晶格中的A離子作了相同的位移,這就導(dǎo)致了對于任何一個單個的A離子,即使無外場作用,也總有來自周圍極化P所產(chǎn)生的局部電場作用其上。局部電場形成的基本原理示于下圖,其大小可用下式計算

 

       這里需要指出,用實驗方法很難發(fā)現(xiàn)具有自發(fā)極化的晶體所帶電荷,這是因為自發(fā)極化建立的電場吸引了晶體內(nèi)部和外都空間的異號自由電荷,在晶體表面形成一個表面電荷層,結(jié)果自發(fā)極化建立的表面束縛電荷被吸引來的表面自由電荷所屏蔽。但是,改變溫度或者施加應(yīng)力產(chǎn)生變形時,由于離子間距和鍵角發(fā)生變化,自發(fā)極化強(qiáng)度也將發(fā)生變化。這時被自發(fā)極化束縛在表面的自由電荷層就有一部分可以恢復(fù)自由而放出來,使晶體呈現(xiàn)出帶電狀態(tài)或在閉合電路中產(chǎn)生電流。這就是熱釋電效應(yīng)和壓電效應(yīng)。

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