电介质物理_徐卓、李盛涛-第二十八讲(铁电体与电畴 ).pdf

晶体的自发极化与铁电性质 铁电体与电畴 热释电体与铁电体  热释电体有自发极化强度，即每个晶胞都具有大小相等的非零电 偶极矩，自发极化只能出现在晶体的某几个特定晶向上的一个方 向上，热释电体的自发极化强度很高，处于极度极化状态，外电 场即使是击穿电场，很难使热释电体自发极化沿着空间的任意方 向定向，但有少数热释电体，其自发极化强度矢量在外电场作用 下由原来取向转变到其它能量较低的方向，这种热释电体称铁电 体。  铁电体的微观结构决定了有许多特殊的宏观性质，从而区别于 普通电介质，在３２种点群中，不具对称中心的２０种点群， 有压电性，在压电晶体中，具有唯一单轴的晶体（１０种点群） 才有热释电性，具有自发极化，若自发极化矢量在电场作用下 重新取向，就是铁电晶体，具有铁电性的晶体，必定有热释电 性和压电性，有热释电性的晶体，必定有压电性，却不一定有 铁电性。 铁电体是热释电体一个亚族，热释电体是压电体的一个亚族 电畴结构  铁电体晶胞中的电矩自发出现有若干可能取向，这样对铁电单晶或铁电 陶瓷晶粒中出现许多微小的区域，每个区域中所有晶胞的电矩取向相同， 而相邻区域电矩取向不同，这些取向各异的自发极化建立的退极化电场 抵消，直到整个晶体内、外不呈现宏观电场。这种因自发极化方向相同 的晶胞所组成的小区域称电畴，分隔相邻电畴的界面称畴壁 罗息盐的电畴(a) 单畴晶体,对称性属点群2 (b) 多畴晶体,对称性属点群222,畴壁沿(010)和(001)面  铁电体中电畴是不能在空间任意取向，只能沿晶体的某几个特定 晶向取 向，电畴所能允许的晶向取决于该种铁电体原型结构的对称性，即在铁 电体的原型结构中与铁电体极化轴等效的轴向。 电畴结构 180畴壁和90畴壁 电畴结构  自发极化有六个可能的取向：平行或反平行原型相的三个立方轴之 一:[100],[100],[010],[010],[001],[001] o 室温下BaTiO 晶体的电畴共有两大类：自发极化方向反平行的180 电畴和互相垂直的 3 o 90 电畴，由于四方铁电晶体极化轴为C轴，晶胞沿C轴方向伸长约1%，而在垂直C轴 o 的a轴方向收缩，c/a约为1.01，当温度下降到5 C晶胞结构变为正交对称，仍为铁电相， 但电矩转变到相应于原型相[011]方向或与此等效的共12个等效方向之一的取向，相邻 o o o 电畴自发极化强度有60 和120 畴壁，当温度再降到-80 C附近，晶胞结构变为三方对 称，自发电矩相应于原型相的[111]等八个等效方向之一取向，相邻电畴自发极化有 o o 71 和109 畴壁，随着铁电体自发极化的建立，晶体将沿自发极化的方向伸长，因为电 致伸缩是所有介质中都普遍存在的效应，并在垂直于自发极化方向收缩，这种在没有 o 外应力存在时出现的应变称自发应变，自发应变的存在，使90 畴壁两侧的自发极化方 o 向不严格正交，实测约为88 30’。 电畴结构 • 钛酸钡畴结构 电畴结构 • 钛酸钡畴结构 [001]方向