自发极化强度，为什么温度影响极化强度

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1，为什么温度影响极化强度
2，请讲解一下氮化物中的极化效应
3，电介质的极化
4，钛酸钡的物理性质
5，铁电材料的特性

1，为什么温度影响极化强度

温度直接影响是分子的运动状态,从而直接影响物质的结构属性.

剩余极化强度是铁电体经极化处理，撤除外电场后，极化强度并不为零而是保持一定值，称为剩余极化pr。一般来说，剩余极化越大，铁电性能越好。随温度的升高，剩余极化值为什么降低

为什么温度影响极化强度

2，请讲解一下氮化物中的极化效应

Ⅲ族氮化物极化效应有自发极化和压电极化。 AlGaN/GaN异质结中的压电极化效应5倍于AlGaAs/GaAs系统。除了高的压电极化，自发极化（应变力为零时的极化）在纤锌矿结构Ⅲ族氮化物中同样很大，这样导致了更大的极化效应。纤锌矿Ⅲ族氮化物InN、GaN和AlN都是六方晶系。其平衡晶格常数为a0和c0。在无外电场的情况下，GaN或AlGaN层中的宏观极化强度P是平衡态下压电极化强度PPE与自发极化强度PSP之和。由于GaN外延层一般沿[0001]方向生长，所以只考虑沿此轴的极化。自发极化强度的值也较大，都为负值，且从GaN、InN、AlN依次升高。由于在AlGaN中，压电极化强度始终小于0，所以对于拉伸的势垒层应力，压电极化强度是负值；而对于压缩的势垒层应力，压电极化强度是正值。在Ga面无应力GaN上生长晶格匹配的AlGaN， AlGaN将处于拉伸的势垒层应力情况下，压电极化和自发极化的方向平行，指向衬底。如果从Ga面变化为N面，自发极化和压电极化的方向都要反向，背向衬底。

请讲解一下氮化物中的极化效应

3，电介质的极化

电介质中电偶极矩的矢量和不为零的现象。电介质可分为两类：一类是非极性电介质（常态下介质内分子的正负电荷的平均位置重合），另一类是极性电介质(常态下介质内分子的正负电荷的平均位置不重合)。在无外电场作用时，非极性电介质分子的等效电偶极矩为零；极性电介质分子由于排列杂乱无章，其等效电偶极矩的矢量和亦为零。在有外电场作用时，非极性电介质分子的正负电荷平均位置相对位移，极性电介质分子的电偶极矩发生转向。这样，都将出现极化现象。极化的程度，可用电极化强度P表示。P为每单位体积内的电偶极矩，即它是矢量,其单位在国际单位制中是库仑/米2。根据实验，许多电介质的电极化强度P与电场强度E成正比,即式中ε0为真空介电常数；χ为电极化率,对于各向同性电介质为一标量，对于各向异性电介质为一张量。某些电介质中偶极分子间作用很强,无外电场时,在小体积内分子互相平行排列，形成有宏观偶极矩的电畴。这种无外电场时电畴内部分子已出现极化的现象称为自发极化。热释电材料、铁电材料均有自发极化。当然，这类有电畴结构的电介质,由于电畴之间的排列无序,故无外电场时，整体上也不显示出极化。　电位移　电场强度乘以真空介电常数并与电极化强度相加之合成矢量，即为电位移D或表示为电介质的本构方程D=εE式中ε为电介质的介电常数。根据高斯通量定理这表明电位移D的通量是由自由电荷qf发出的。束缚电荷虽然可能影响D的分布,但不会发出D的通量。在有些情况下使用该式更加方便，因为该式等号右端项中不包含束缚电荷。在时变电磁场中,电位移的时间变化率就是位移电流密度。电位移的单位在国际单位制中为库仑/米2(C/m2)。

电介质的极化

4，钛酸钡的物理性质

中文名称:钛酸钡英文别名:Bariumtitanatesinteredlumpmmwhitepieces;barium titanium trioxide; Bariumtitanatewhitepowder;Barium titanate; BARIUM TITANATE, 99%; Barium titanium oxide;barium(+2) cation; oxygen(-2) anion; titanium(+4) cation;barium dioxido(oxo)titanium; dibarium tetraoxidotitaniumCAS号:12047-27-7EINECS:234-975-0风险术语:R20/22:;安全术语:S28A:; 性状：白色粉末。熔点：1625℃相对密度：6.017 g/cm3溶解性：溶于浓硫酸、盐酸及氢氟酸，不溶于热的稀硝酸、水和碱。钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。在此温度以下，1460℃以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。此时，六方晶系是稳定的。在1460~130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。在此结构中Ti4+(钛离子)居于O2-(氧离子)构成的氧八面体中央，Ba2+(钡离子)则处于八个氧八面体围成的空隙中（见右图）。此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。随着温度下降，晶体的对称性下降。当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。在130~5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短。当温度下降到5℃以下，在5~-90℃温区内，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线[011]方向。为了方便起见，通常采用单斜晶系的参数来描述正交晶系的单胞。这样处理的好处是使我们很容易地从单胞中看出自发极化的情况。钛酸钡从四方晶系转变为正交晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看，相当于原立方晶系的一根面对角线伸长了，另一根面对角线缩短了，c轴不变。当温度继续下降到-90℃以下时，晶体由正交晶系转变为三方晶系3m点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度方向与原立方晶胞的体对角线[111]方向平行。钛酸钡从正交晶系转变成三方晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看，相当于原立方晶胞的一根体对角线伸长了，另一根体对角线缩短了。综上所述，在整个温区(<1618℃)，钛酸钡共有五种晶体结构，即六方、立方、四方、正交、三方，随着温度的降低，晶体的对称性越来越低。在130℃（即居里点）以上，钛酸钡晶体呈现顺电性，在130℃以下呈现铁电性。

5，铁电材料的特性

原发布者:gaobin19900429LOGO铁电材料无机092无机高玢铁电材料ferroelectricmaterials具有自发极化，具有自发极化，且自发极化能够为外电场所转向的一类材料，称为铁电材料铁电材料。一类材料，称为铁电材料。铁电材料：在具有压电效应的材料中具有自发极化铁电材料在具有压电效应的材料中,具有自发极化,自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移；自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移；另一部分是由于电子云的形变。另一部分是由于电子云的形变。而且其自发极化强度可以因外电场反向而反向,或者在电场作用下不可反向或者在电场作用下不可反向但可以重取向的晶体。铁电体中的自发极化有两个或多个可能的取向。所有铁电体都可以通过人工极化使多个可能的取向。但具有压电性的并不一定都是铁电体。其具有压电性,但具有压电性的并不一定都是铁电体。但具有压电性的并不一定都是铁电体铁电体的定义铁电体的定义：指在温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。铁电体具有很多电畴且具有电滞回线。因此，凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。铁电体的晶体并不含有铁，铁电体常被称为息格毁特晶体。铁电体的主要特征值1.2.3.4.5.自发极化电畴电滞回线居里温度介电反常CompanyLogo自发极化在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。1、电畴ferroele

其最基本的特性为在某些温度范围会具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向，从而出现电滞回线。极化强度P和外电场E间的关系构成电滞回线。一般而言，晶体的压电性质与自发极化性质都是由晶体的对称性决定的，可是对于铁晶体管，外电场能使自发极化反向的特征却不能由晶体的结构来预测，只能透过电滞回线的测定（或介电系数的测定）来判断。电滞回线表示铁晶体管中存在domain。铁晶体管通常是由许多称为domain的区域所组成，而在每一个domain里面有相同的极化方向，而与邻近的domain其极化方向不同。如果是多晶体，由于晶粒本身的取向是任意的，不同domain中极化强度的相对取向可以是没有规律的。但若是单晶体，不同domain中极化强度取向之间存在着简单的关系。为明确起见，这里只考虑单晶体的电滞回线，并且设极化强度的取向只有两种可能，亦即沿某轴的正向或负向。假设在没有外电场的存在下，晶体的总电矩为零，及晶体的两类domain中极化强度方向互为相反平行。当外电场施加于晶体时，极化强度沿电场方向的domain变大，而与其反平行方向的domain则变小。这样，极化强度P随外电场E增大而增大，如图中OA段曲线所示。电场强度的继续增大，最后使晶体只具有单个的domain，晶体的极化强度达到饱和，这相当余图中C附近的部分，将这线性部分推延至外场为零的情形，在纵轴P上所得的截距称为饱和极化强度（即E点）。实际上，这也是每个domain原来已经存在的极化强度。因此饱和极化强度是对每个domain而言的。如电场自图中C处开始降低，晶体的极大P值亦随之减小，但在零电场时，仍存在剩余极化强度（即D点）。必须注意，剩余极化强度是对整个晶体而言的。当点场反向达到矫顽电场强度时（即F点），剩余极化全部消失，反向电场的值继续增大时，极化强度反向。如果矫顽电场强度大于晶体的击穿场强，那么在极化反向之前晶体已被电击穿，便不能说该晶体具有铁电性。当温度高于某一临界温度时，晶体的铁电性消失，并且晶格亦发生转变，这一温度是铁电体的居里点。由于铁电性的出现或消失，总伴随着晶格结构的改变，所以这是个相变过程。当晶体从非铁电相（称顺电相）向铁电相过渡时，晶体的许多物理性质皆呈反常现象。对于一阶相变常伴随有潜热的发生，对于二阶相变则出现比热的突变。铁电相中自发极化强度是和晶体的自发电致形变相关，所以铁电相的晶格结构的对称性要比非铁电相（顺电相）的低。如果晶体具有两个或多个铁电相时，表征顺电相与铁电相之间的一个相变温度，统称为过渡温度或转变温度。（在此附近时，介电系数常有迅速陡降的现象）。由于极化的非线性，铁电体的介电系数不是常数，而是依赖于外加电场的，一边，以电滞回线中OA曲线在原点的斜率来代表介电系数，即在测量介电系数ε时，所加的外电场很小。铁电体在过渡温度附近，介电系数ε具有很大的值，数量级达到～，当温度高于居里点时，介电系数随温度变化的关系遵守居里-外斯定律：式中称为特性温度，他一般略低于居里点，C称为居里常数，而代表电子极化对介电系数的贡献，在过渡温度时，可以忽略。

电光晶体是铁电材料范围，有电光效应的晶体材料。在外电场作用下，晶体的折射率发生变化的现象称为电光效应。外电场作用于晶体材料所产生的电光效应分为两种，一种是泡克耳斯效应，产生这种效应的晶体通常是不具有对称中心的各向异性晶体；另一种是克尔效应，产生这种效应的晶体通常是具有任意对称性质的晶体或各向同性介质。已实用的电光晶体主要是一些高电光品质因子的晶体和晶体薄膜。在可见波段，常用电光晶体有磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、铌酸锂、钽酸锂等晶体。前两种晶体有高的光学质量和光损伤阈值，但其半波电压较高，而且要采用防潮解措施。后两种晶体有低的半波电压，物理化学性能稳定，但其光损伤阈值较低。在红外波段，实用的电光晶体主要是砷化镓和碲化镉等半导体晶体。电光晶体主要用于制作光调制器、扫描器、光开关等器件。在大屏幕激光显示汉字信息处理以及光通信方面也有应用前景。铁电材料是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。铁电材料，是热释电材料中的一类。其特点是不仅具有自发极化，而且在一定温度范围内，自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变。它的极化强度p与外施电场强度e的关系曲线如图所示，与铁磁材料的磁通密度与磁场强度的关系曲线（b-h曲线）极为相似。极化强度p滞后于电场强度e,称为电滞曲线。电滞曲线是铁电材料的特征。即当铁电晶体二端加上电场e后，极化强度p 随e 增加沿oab曲线上升，至b点后p 随e的变化呈线性(bc线段)。e下降，p不沿原曲线下降，而是沿cbd曲线下降。当e为零时，极化强度p不等于零而为pb,称为剩余极化强度。只有加上反电场eh时p方等于零，eh称为铁电材料的矫顽电场强度。cbdfghic构成整个电滞曲线。铁电晶体是由许多小区域(电畴)所组成，每个电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向则不同。从宏观来看，整个晶体是非极化的，呈中性。在外电场作用下，极化沿电场方向的电畴扩大。当所有电畴都沿外电场方向，整个晶体成为单畴晶体，即到达图上饱和点b,当外电场继续增加,此时晶体只有电子和离子极化,与普遍电介质一样，p与e成直线关系（bc段），延长bc直线交p轴于t,相应的极化强度ps即为该晶体的自发极化强度。在某一温度以上，铁电材料的自发极化即消失，此温度称为居里点。它是由低温的铁电相改变为高温的非铁电相的温度。典型铁电材料有：钛酸钡（batio3）、磷酸二氢钾(kh2po4)等。过去对铁电材料的应用主要是利用它们的压电性、热释电性、电光性能以及高介电常数。近年来，由于新铁电材料薄膜工艺的发展，铁电材料在信息存储、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储等已开始应用。高性能的铁电材料是一类具有广泛应用前景的功能材料，从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段.研究者们选用不同的铁电材料进行研究,并不断探索制备工艺，只是到目前为止对于铁电材料的一些性能的研究还没有达到令人满意的地步。比如,用于制备铁电复合材料的陶瓷粉体和聚合物的种类还很单一，对其复合界面的理论研究也刚刚开始,铁电记忆器件抗疲劳特性的研究还有待发展。总之，铁电材料是一类具有广阔发展前景的重要功能材料，对于其特性的研究与应用还需要我们不断的研究与探索，并给予足够的重视。