為什么鐵電體會(huì )有電滯回線(xiàn)?主要是因為鐵電體是由鐵電疇組成的。理想單疇鐵電單晶體中,晶體內部區域的自發(fā)極化P全部指向同一方向,整個(gè)晶體將在內外部空間建立起電場(chǎng)。那么周?chē)臻g將儲存相當大的靜電能量,從能量角度來(lái)看,這種狀態(tài)是不穩定的。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)單晶對外不呈現電場(chǎng)。事實(shí)上,鐵電晶體中的鐵電相通常是由自發(fā)極化方向不同的區域按一定規律排列組成的,這些自發(fā)極化相同的小區域便稱(chēng)為電疇。分隔電疇的界面稱(chēng)為疇壁。如果相鄰疇的極化方向相差90°,則稱(chēng)為90°疇,其間的疇壁稱(chēng)為90°疇壁。如果相鄰疇的極化方向相差180°,則稱(chēng)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)生及運動(dòng)來(lái)完成的。
在鐵電體中,電疇是不會(huì )任意取向的,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構中自發(fā)極化允許的取向取決于該鐵電體中原型相的對稱(chēng)性,即在鐵電體原型結構中與鐵電體極化軸等效的軸向。如BaTiO3在室溫下的四方結構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構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。這些晶向在四方結構的BaTiO3,鐵電體的疇結構中,也是其自發(fā)極化的可能取向。
鐵電晶體的疇結構,還受晶體自發(fā)應變的制約。由于在一切固體介質(zhì)中均普遍存在電致伸縮效 應,隨著(zhù)自發(fā)極化出現,晶體沿自發(fā)極化的方向伸長(cháng),并在垂直于自發(fā)極化的方向收縮。由于這種應變同樣是在無(wú)外場(chǎng)和外應力時(shí)出現的,因此被稱(chēng)為自發(fā)應變。顯然,在鐵電晶體中,電疇壁區域內將會(huì )出現強的局部?jì)葢Α?/span>
考慮鐵電體的疇結構中自發(fā)極化方向和自發(fā)應變兩個(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)極化方向為90°和180°兩種較簡(jiǎn)單的電疇結構示意圖。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*對接的電疇。對于多晶鐵電體,由于各晶粒間晶軸取向的任意性,因此,就整個(gè)多晶體而言,不同電疇中自發(fā)極化的相對取向之間沒(méi)有任何規律性。
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