固体中的介电弛豫.pdf

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1、固体中的介电弛豫固体中的介电弛豫———第4，第5章òòDielectricRelaxationinSolids,A.K.DielectricRelaxationinSolids,A.K.JonscherJonscheròChapter4,Chapter4,““TheDynamicResponseofTheDynamicResponseofIdealisedIdealisedPhysicalModelsPhysicalModels””òChapter5,Chapter5,““ExprimentalExprimentalEvidenceo

2、ntheFrequencyEvidenceontheFrequencyResponseResponse””张冶文同济大学物理系玻耳固体物理研究所同济大学电子与信息工程学院1/47òò感谢电介质物理专委会让我有机会仔细地重感谢电介质物理专委会让我有机会仔细地重温这本书，大约在温这本书，大约在8787--8888年曾经浏览过。年曾经浏览过。òò很不容易在一个小时之内讲完成这二章的内很不容易在一个小时之内讲完成这二章的内容，只能是粗略地讨论交流，谈谈我自己的容，只能是粗略地讨论交流，谈谈我自己的理解与体会。假设各位都已经具备电介质物理解与体

3、会。假设各位都已经具备电介质物理的基础知识。理的基础知识。òò该书的描述方式与我们通常的电介质物理的该书的描述方式与我们通常的电介质物理的体系不相同，与我们的理解习惯也不一样，体系不相同，与我们的理解习惯也不一样，但自成体系，很有特点，很有价值。但自成体系，很有特点，很有价值。òFischerFischer，费舍尔，菲舍尔，费舍尔，菲舍尔，（前德国外长，奥地利总统，诺贝尔化学奖得主，影星，音乐家，国际象棋棋手等多人；一种测厚仪品牌）2/47第第44章章理想物理模型的动态响应理想物理模型的动态响应ò与通常的习惯不同，作者是以简谐振子模型

4、为基与通常的习惯不同，作者是以简谐振子模型为基础，从中导出各种物理状况下的极化模型，如偶础，从中导出各种物理状况下的极化模型，如偶极子极化模型（原始的德拜模型），离子跃迁极极子极化模型（原始的德拜模型），离子跃迁极化模型等。化模型等。ò很有特点的是，作者讨论了与介电过程相关的半很有特点的是，作者讨论了与介电过程相关的半导体现象，如肖特基势垒（这通常是仅作为电导导体现象，如肖特基势垒（这通常是仅作为电导与击穿模型讨论的），如与击穿模型讨论的），如pp--nn结，如产生－复合过结，如产生－复合过程，这些通常是不与极化结合讨论的。程，这些通

5、常是不与极化结合讨论的。ò这样的扩散模型仅仅用单粒子模型是不够的，因这样的扩散模型仅仅用单粒子模型是不够的，因而已经涉及到了多粒子协作系统。而已经涉及到了多粒子协作系统。3/474.24.2谐振子谐振子ò质量为质量为mm，电荷量为，电荷量为--ee的质点，恢复力弹性系数的质点，恢复力弹性系数λλ，阻尼系数，阻尼系数msms，外加电场，外加电场Eexp(iEexp(iωωtt))，则运动方程，则运动方程为：为：2dydymm++syλ=−eEiexp(ωt)2dtdtò解这个方程，在振子之间无相互作用的情况下，解这个方程，在振子之间无相

6、互作用的情况下，极化强度极化强度P=P=--eNyeNy，，P=P=εε0χχEE，复极化率，复极化率χ&&=εr−1可以写为：可以写为：4/47Ωp即等离子振荡频率，即自由电子气的固有频率。（光频，金属的介电常数问题）而Ω为无阻尼情况下的谐振子固有频率。5/47ò纵坐标较为特殊；ò上升段，惯性不起主要作用，此时是弛豫而不是谐振；ò下降段，反常色散，谐振极化；ò负值，表示反相位移，振子的惯性作用，等效于负质量；ò表示可以有负的ε；rò不同的k值，表示不同的阻尼系数，大阻尼时就不存在反常色散。6/47ò当驱动场不是简谐力，而是冲激函数激

7、励时，就不能得到稳态解，而是时间解。ò这也就是介质响应函数。ò频域－时域响应的关系，傳里叶变换，实部与虚部构成希尔伯特对。ò随时间t的初始上升体现为质量效应，而后，体现为恢复力和阻尼的作用。等效电路：质量——电感阻尼——电阻或者电导惯性力——电容机械位移——电荷7/47KClKCl在在7K7K时的时的THzTHz范围的复介电系数范围的复介电系数òTHz，红外与微波重叠的波段，离子位移极化的例子；ò用迈克尔逊干涉仪测量；òLO模，（纵向光学模，质点运动沿平衡位置的连线）TO模，（横向光学模，质点运动垂直于平衡位置连线）ò电磁波是横波，所

8、以TO模的作用效果明显；ò由复折射率的测量得出复介电系数8/47阻尼谐振子的极化率复平面阻尼谐振子的极化率复平面ò类似于类似于ColeCole--ColeCole图图的意义与作用，的意义与作用，òk=0.1k=0.1时，