李美亚-20130507-近代物理讲座-新型多铁多功能材料的研究及其应用

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1、1新型多铁多功能材料的研究及其应用近代物理专题讲座李美亚智能光电材料与器件研究室2主要学习简历李美亚教授(博导)1978-85武汉大学物理系学习；1994-97北京大学物理系/微电子所博士毕业；主要留学研究简历★1990-91英国Sheffield大学物理系访问学者；★2000-03美国Argonne国家实验室，博士后研究；★2006－07新加坡国立大学物理系磁性与超导研究中心，研究访问。3★2000-03美国Argonne国家实验室，博士后研究42006－07新加坡国立大学物理系磁性与超导研究中心，研究访问51.《近代物理实验》—物理、材料、电科本科生；《综合物理实

2、验》—物理、材料、电科本科生；——多铁功能材料的制备及性能研究；3.《光电子技术》(三上)—本科生；4.《量子电子学》—研究生课程主要讲授课程：6主要研究领域：1.铁电、压电、多铁功能陶瓷与薄膜材料；2.光电、磁电传感及其智能器件；3.电致电阻变换薄膜效应与存储器件；4.TiO2纳米晶太阳能电池薄膜与器件。71.铁电、压电、多铁功能材料概述2.铁电、压电、多铁功能材料的研究及应用3.铁电、压电、多铁功能的制备与性能表征4.铁电与多铁功能材料的电阻变换报告主要内容除涉及多门普通物理及其实验课程外，还涉及《固体物理》、《电子功能材料》、《半导体物理》、《半导体与光电器件》、《

3、光电子技术》等等专业课程81.1电介质材料在电场中没有稳定传导电流通过而以感应的方式对外场做出响应的物质称为电介质。其特征物理量是电极化矢量P电介质材料的介电性能通常以介电常数ε、介电损耗tanδ、电导σ、介电击穿以及介电色散等参数为表征。常见的电介质材料：钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3，BST)、水晶等。绝缘体是典型的介电材料。1．铁电、压电、多铁功能材料概述（1）定义9（2）电介质材料的性质电介质材料一般具有许多可供利用的性质，如介电性、铁电性、压电性、热释电性、电致伸缩性、电光效应和非线性光学特性等。10（3）电介质材料的应用：铁电性——高密度、抗辐照、非

4、挥发性新型铁电存储器；压电性——微型压电马达、潜艇声纳探测器、能量转换器件热释电性——红外成象探测器件；介电可调谐性——移相器（用于先进相控阵雷达）多铁磁电耦合——新型磁写电读存储器与磁电耦合器件纳米管线阵列——微纳智能器件。11（3）电介质材料的应用介质振荡器超声清洗器大容量电容介电功能的应用：高介电容器、微波介电陶瓷、移相器等。12移相器（3）电介质材料的应用13预警机(AirEarlyWarning，AEW），是为了克服雷达受到地球曲度限制的低高度目标搜索距离，同时减轻地形的干扰，将整套远程警戒雷达系统放置在飞机上，用于搜索、监视空中或海上目标，指挥并可引导己方飞机

5、执行作战任务的飞机。美国海军E-2C“鹰眼”预警机中国空警-2000相控阵雷达——机载、星载预警系统（3）电介质材料的应用14铁电体是一类具有自发极化(P)的材料，且自发极化有两个或多个可能的取向，在外电场的作用下，其取向可以改变。表征材料具有铁电性的两个主要宏观参数:电滞回线、铁电畴。常见的铁电材料：罗息盐、BaTiO3、PbTiO3、KH2PO4（KDP）、(Sr,Ba)TiO3、BiFeO3等。1.2铁电材料(1)定义15（2）铁电畴和铁电极化电畴：铁电体内自发极化方向相同的小区域。自发极化：在没有外界电场的作用下，晶体中存在着由电偶极子的有序排列而产生的极化

6、。重要参量：Pr—剩余极化Ps—自发极化Ec—矫顽场铁电体的电滞回线和电畴Polarization(mC/cm2)Electricfield(kV/cm)Hysteresisloop16（3）铁电材料的应用典型应用：非挥发性、抗辐照的铁电存储器，新型多态存储器件17（3）铁电材料的应用PTC热敏元件光波导分路器此外，利用铁电材料的电光效应还可以制成光开关、光显示器件；利用其光折变效应可制成光信息存储器件等。181.3压电性与压电材料（1）定义：压电性就是某些晶体材料按施加的机械力成比例地产生电荷的能力（如图1.2所示）。常见的压电晶体有石英、罗息盐、LiNbO3、LiTa

7、O3压电陶瓷等。压电原理示意图19（2）压电材料的性质压电效应：当这些晶体在一定的方向上受到压力时，在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷。逆压电效应：晶体在电场的作用下产生形变或应力。压电效应示意图20（3）压电材料的应用超声波探头压电马达声换能器压电双晶片压电变压器压电晶体振荡器21压电薄膜传感器（3）压电材料的应用22压电马达线性压电超声驱动器二维压电致动平移台声纳探鱼器潜艇声纳（3）压电材料的应用231.4热释电材料（1）定义热释电效应是指晶体由于受热温度发生变化而导致自发极化发生改变，在晶体的一定方向上产生