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什么是鐵電疇？
日期：2020-07-16瀏覽：2835次
為什么鐵電體會(huì)有電滯回線？主要是因?yàn)殍F電體是由鐵電疇組成的。理想單疇鐵電單晶體中，晶體內(nèi)部區(qū)域的自發(fā)極化P全部指向同一方向，整個(gè)晶體將在內(nèi)外部空間建立起電場(chǎng)。那么周?chē)臻g將儲(chǔ)存相當(dāng)大的靜電能量，從能量角度來(lái)看，這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的。因此，晶體中鐵電相的自發(fā)極化總是會(huì)分裂成一系列極化方向不同的小區(qū)域，其自發(fā)極化在外部空間建立的電場(chǎng)互相抵消，因而，整個(gè)單晶對(duì)外不呈現(xiàn)電場(chǎng)。事實(shí)上，鐵電晶體中的鐵電相通常是由自發(fā)極化方向不同的區(qū)域按一定規(guī)律排列組成的，這些自發(fā)極化相同的小區(qū)域便稱為電疇。分隔電疇的界面稱為疇壁。如果相鄰疇的極化方向相差90°，則稱為90°疇，其間的疇壁稱為90°疇壁。如果相鄰疇的極化方向相差180°，則稱為180°疇，其疇壁為180疇壁。疇壁的厚度很薄，僅有幾個(gè)晶胞的尺寸。鐵電體通常是多電疇體，在外加高電場(chǎng)下極化反轉(zhuǎn)或重新定向過(guò)程是通過(guò)疇壁移動(dòng)和新疇壁的產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的。
在鐵電體中，電疇是不會(huì)取向的，只能沿某幾個(gè)特定的晶向取向。每種鐵電體中鐵電相的疇結(jié)構(gòu)中自發(fā)極化允許的取向取決于該鐵電體中原型相的對(duì)稱性，即在鐵電體原型結(jié)構(gòu)中與鐵電體極化軸等效的軸向。如BaTiO3在室溫下的四方結(jié)構(gòu)4mm點(diǎn)群，其自發(fā)極化軸為Z軸[001]或[001(-)]方向，而其非鐵電相的原型為立方結(jié)構(gòu)m3m。在m3m點(diǎn)群中與[001] 晶向等效的尚有[010]、[01(-)0],和[100]、[1(-)00]，方向。這些晶向在四方結(jié)構(gòu)的BaTiO3,鐵電體的疇結(jié)構(gòu)中，也是其自發(fā)極化的可能取向。
鐵電晶體的疇結(jié)構(gòu)，還受晶體自發(fā)應(yīng)變的制約。由于在一切固體介質(zhì)中均普遍存在電致伸縮效應(yīng)，隨著自發(fā)極化出現(xiàn)，晶體沿自發(fā)極化的方向伸長(zhǎng)，并在垂直于自發(fā)極化的方向收縮。由于這種應(yīng)變同樣是在無(wú)外場(chǎng)和外應(yīng)力時(shí)出現(xiàn)的，因此被稱為自發(fā)應(yīng)變。顯然，在鐵電晶體中，電疇壁區(qū)域內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)的局部?jī)?nèi)應(yīng)力。
考慮鐵電體的疇結(jié)構(gòu)中自發(fā)極化方向和自發(fā)應(yīng)變兩個(gè)因素。在鈣鈦礦型的四方晶相鐵電體中，可以同時(shí)存在180°疇和90°疇外，還存在60°，而在三方相中除有180°疇外，還有70°疇和109°疇。圖中給出了鈦酸鋇晶體中相鄰電疇的自發(fā)極化方向?yàn)?0°和180°兩種較簡(jiǎn)單的電疇結(jié)構(gòu)示意圖。通常，相鄰電疇的自發(fā)極化方向總是首尾銜接的，特殊情況下出現(xiàn)*對(duì)接的電疇。對(duì)于多晶鐵電體，由于各晶粒間晶軸取向的*性，因此，就整個(gè)多晶體而言，不同電疇中自發(fā)極化的相對(duì)取向之間沒(méi)有任何規(guī)律性。
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