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3.3 铁电回线测试 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1. 引言
1.1铁电磁体简介
所谓铁电体，是指在一定温度下具有自发极化，同时自发极化有两个或多个可能的取向，且其取向在电场作用下可以改变的一类晶体[1]。根据对晶体对称性的分析，容易知道具有铁电性(ferroelectricity)的材料，一定同时具备热电性 (pyroelectricity)以及压电性 (piezoelectricity) [3-5]。论文网
铁电性是一种与晶体结构密切相关的性质，铁电体的晶体学点群一定具有特殊极性方向。极化交互作用导致铁电体出现长程有序化，其与温度决定的热涨落相竞争，前者强度占优势时晶体为铁电相，反之晶体则属于非极性结构，也称顺电相[2,3]。当温度在某一数值时，晶体经历一个由铁电相(ferroelectric phase)到顺电相(paraelectric phase)的结构相变，自发极化消失，这一温度称为居里温度(TC)。
若一铁电晶体，其整体都具备自发极化，那么其极化方向的两端将会出现束缚电荷，因为这样可使晶体内部的电荷平衡。可是，由束缚电荷产生的电场与极化方向背离，这使晶体之内的静电能提升，且由自发极化导致的晶体的电致应变现象还将使受到外部作用力约束时的应变能增加。因此，整个铁电体极化状态均一的情况内含高的能量，其欠稳定，于是铁电体将自发形成极化方向不同的，被称为“电畴”的小区域，每个畴内部的偶极方向一致。畴的引入减低了晶体的使极化作用消去的能量和由变形产生的能量，但最佳的情况是出现180°畴，即畴间极化方向夹角为180°的畴，因为这样可以降低晶体内部的退极化能。形成对称性允许的90°畴或其他非180°畴可以降低晶体的变形积累的能量[6]。此外，定向移动的载流子可屏蔽自发极化，亦可降低退极化能。但同时带有电荷的畴的边界，即畴壁的出现增加了畴壁能，铁电畴的稳定构型取决于总自由能的最小值。文献综述
如上所述，就铁电体整体而言，未施加电场之前，对外将不呈现极化状态。铁电体的极化随电场的变化而变化。在电场作用下，新的取向与电场方向一致的畴成核长大，畴壁移动，导致极化转向。在外电场作用下铁电体的极化强度可以用如图1-1所示的电滞回线来描述。如HIJ段所示，在电场很弱时，其引起的晶体内可能的变化主要是可逆的畴壁滑移，此时极化强度与电场的关系为一一次函数；电场继续增强时，新的电畴开始出现，此时的畴壁运动相关位错，不可以反向进行，因此曲线斜率较上一段为高；电场达到与图中J处相对应的值时，此时整个晶体成为一个极化方向处处相同的整体，因此极化趋于饱和；电场再一步加大时，如图中JK段所示，总极化强度依然会出现幅度较低的增大，这是由于电场对原有的电偶的感应作用。电场渐渐减弱至零时，铁电体仍然会具备一定的极化强度，如JP段所示。P点处的极化强度称为剩余极化，表示为Pr (Remanent polarization)。作线段KJ的延长线，与图中Y轴交于L点，L点的物理意义为自发极化Ps (spontaneous polarization)。当极化强度P为零时，电场Ec并不为零，这一值称为矫顽场强度 (coercive field)。可以通过这些参数，对一种铁电体的性能进行衡量。
图1-1 铁电体的电滞回线
从微观角度研究铁电相变，根据晶体结构测定与理论分析，顺电--铁电相变可分为位移型和有序-无序型 [7]。位移型顺电--铁电相变的机制为原子的非谐振动使其平衡位置发生偏移，导致晶体中正负电荷中心发生偏离，产生电偶极矩，从而出现自发极化现象；而在有序-无序型铁电体中，顺电相时原子或原子团在多个可能位置上表现为杂乱无章的分布，而铁电相时为有秩序地分布，极化就产生于这种按确定顺序的分布。一般地说，有序−无序型铁电相变多为二级相变。具体铁电体的相变过程也可能兼具两者的特征。