晶体物理性能_第4章_铁电与压电物理_ppt

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1、晶体物理性能第四章铁电与压电物理朱劲松1铁电(Ferroelectrics)晶体•在一定温度范围内具有自发极化，而且自发极化的方向可随外电场的反向而转向，这样晶体被称为铁电体．铁电体的名称并非晶体中含铁，而是因为和铁磁体具有磁滞回线一样，铁电体具有电滞回线，一般的介电晶体当电场缓慢增加再反向的过程中不出现滞后现象．2电介质材料(32)压电材料(20)热释电材料(10)铁电材料3•本章首先介绍铁电体的一般性质和实验结果，然后介绍铁电体的宏观热力学理论，它与实验规律符合较好，缺点是比较抽象.再讲铁电体的微观理论其物理图像比较具体，但定

2、量计算结果尚不能与实验符合得好，还有待于进一步发展．因此本章重点放在用宏观理论讨论铁电体的一些重要性质．4铁电参考书•锺维烈：铁电物理学科学出版社1996•LinesandGlass铁电及有关材料的原理与应用科学出版社Theprincipleandapplicationsofferroelectricsandrelatedmaterials•冯端：金属物理学第二卷（相变）科学出版社2000•许煜環：铁电压电材料科学出版社1978•于渌，郝柏林：相变和临界现象科学出版社1984•J.F.ScottFerroelectricMemor

3、iesSpringer2000中译本：铁电存储器清华大学出版社20045§4.1铁电体的一般性质•在结晶学课里已讲到晶体的对称性可以划分为32种类型，在无中心对称的21种晶体类型中除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象.•热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的补偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测．热释电就是指改变温度才能显示电矩的现象。铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自

4、发极化强度可以因电场作用而反向，因而极化强度部和电场E之间形成电滞回线（图4.1），是铁电体的一个主要特性．6铁电晶体的基本特性。存在自发极化P，且自发极化有两个或多个可能的取向，其取向可以随电场而改变。。有一电滯回线。TC居里温度。热释电，压电，电光，声光，非线性光学，铁电,介电性能7铁电体的应用8热释电效应pyroelectricity•热电效应：某些晶体因温度变化而呈现宏观电极化，或固有自发极化强度因温度变化而改变。实验定律：当整个晶体内部温度发生均匀的较小的改变时，晶体电极化强度的变化与温度变化成线性关系PpT-2-

5、1iip为热释电系数,C*cm*K•其中一阶张量（矢量）为热释电系数，是反映晶系热释电性能的重要物理量。9热释电晶体•热释电晶体——热释电晶体是20类非中心对称点群中的10类极性点群。含固有电偶极矩的晶体称为极性晶体，•热释电晶体具有十分奇特的功能。热释电晶体受热时，两端会产生符号相反的电荷，冷却时其两端电荷的符号便逆转。碲镉汞晶体即为一种热释电晶体。•用作热电红外探测器晶体的主要性能参数是热释电系数，还要求晶体对红外辐射的吸收大、热容量小、介电系数小、介电损耗小、比重小、易加工成薄片等。比较有发展前途的热释电晶体材料有硫酸三甘肽

6、（TGS）、铌酸锶钡（SBN）、钽酸锂（LiTaO3）、钛酸镧铅（PbxLa1－xTiO3）、聚偏氟乙烯（PVF2）等。10热释电的应用•红外成象：夜视技术；军用•红外探测：监视；防盗，放火•红外材料：LiTaO3单晶,TGS单晶,11热释电的应用•由于物体发热时均会产生红外线。在通常情况下，一切发热的物体均会辐射出红外线，人体也不例外。其波长范围在0．76～1000微米之间。利用热释电晶体做成的热释电元件，再配以电子、机械等元件就可以制作红外夜视仪。因为人体、各种动物红外线夜视仪以及发动机等都是热源，都会辐射红外线，夜视仪会通过

7、屏幕清楚地观测到远处的物体，可以分辨人、动物及机动车的形状。12NightVision夜视13铁电晶体电光效应及应用•晶体加外电场其折射率将发生变化的这种现象称电光效应。光位相，振幅，传播方向将发生变化•Δβij＝γijkEkγijk是晶体电光系数，三阶张量，27个分量电光开关；电光调制；电光偏转；14LiNbO3晶体电光效应在激光通讯中应用•LN晶体(LiNbO3)的电光调制原理,作为通讯中的光调制器来实现光通讯的模拟，进行对语音信号的传输。放大电路示波器话筒高压LN晶体接收解调装置放大电路氦氖激光器1/4波片片扬声器起偏器检偏

8、器地15铁电存储器工作原理•当外加电场退到零时，在铁电体上仍然保留剩余极化电荷Ｐr•利用两个稳定的极化状态：正，负Ｐr　为BoleanAlgebra中的编码１或０达到存储信息的目的　16铁电存储器的发展•非挥发铁电随机存取存储器（NVFeRAM）和