铁电体的三个基本特征

铁电体具有哪些特性？根据量子力学定律，电子表现为粒子或波。

与水库的墙壁类似，“静电势墙”可以用来将电子限制在所需的空间区域，物理学家称之为“量子畜栏”。

限制电子使物理学家可以和它们一起工作，就像“盒子里的粒子”在本科水平的量子力学中练习一样。

但是含有电子的材料所产生的对称性也可以用来限制它们，而不需要使用大的势垒。

事实上，在原子厚度的所谓“量子材料”中，电子动量可以变得非常特殊。

在热释电晶体中，有若干种点群的晶体不但在某温度范围内具有自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在不超过晶体击穿电场强度的电场作用下，其取向可以随电场改变，这种特性称为铁电性，具有这种性质的晶体称为铁电体。

大量实验表明，描述铁电体的物理性质(如极化强度、热释电系数、压电常数等)与外电场E之间的滞后关系曲线就是电滞回线(ferroelectrichysteresis),类似于铁磁体的磁滞回线。

除此之外，铁电体与铁磁体在许多其他物理性质上也是具有一一相对应的类似，如电畴对应磁畴，顺电铁电相变对应于顺磁-铁磁相变，电矩对应磁矩，所以历史上就将这类具有电滞回线的晶体称为铁电体。

铁电体的共同特性为：1、自发极化铁晶体管是电介质中一类特别重要的介晶体管。

电介质的特性是：他们以感应而非以传导的方式传播电的作用与影响。

按照这个意义来说，不能简单的认为电介质就是绝缘体。

在电介质中起主要作用的是束缚着的电荷，在电的作用下，他们以正、负电荷着重不重合的电极化方式传递和记录电的影响。

而铁晶体管是-------即使没有外加电场，也可以显现出电偶极距的特性。

因其每单位晶胞带有电偶极矩，且其极化率与温度有关。

2、介电常数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。

铁电性实验报告-南京大学铁电薄膜铁电性能表征131120161 李晓曦一、引言铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。

在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。

铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。

铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。

自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。

铁电体特点是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场 E 之间形成电滞回线。

自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。

晶体中每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。

整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。

在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。

束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。

铁电现象第一次发现是在1920年，由瓦拉赛尔发现外场可以使罗西盐的极化方向反转，但是铁电现象直到40年代初才得以被广泛研究。

如今铁电现象因为其独特性质得到了广泛的应用，而本实验就是为了初步探究本现象的物理性质。

本实验测量了铁电材料的电滞回线，并且改变电压测量了不同电压下的图像和矫顽力等数值。

作者又进一步对此现象进行了初步探究，研究了其相关机理。

二、实验目的1、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。

2、了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。

三、实验原理1、铁电体的特点（1）电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。

在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图1,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。

铁电体自发极化的原理1 铁电体的特点铁电体是一种具有自发极化特性的材料。

其特点在于，铁电体中的正负离子会呈现出一种特殊的排列方式，形成一个小的电偶极子。

这个电偶极子将会在暂态时间内被锁定，具有自发极化的能力。

由此带来的效应是，当外部电场作用到铁电体上时，电偶极子不仅不会倒转方向，反而会加速转动，使得极化效应更加显著。

2 铁电体的构造铁电体在构造上并不复杂。

它由一个晶胞组成，晶格中的阳离子和阴离子会按照一定的规律进行排列。

举例来说，如果我们将122型铁电体进行放大，就会看到其中的阳离子和阴离子是按照ABA的方式排列的。

这种排列方式，使得铁电体具有了正负离子之间的电偶极子效应。

3 铁电体的自发极化铁电体的自发极化可以被理解为一个平衡过程。

在铁电体形成时，正负离子之间的静电力会让它们呈现出一个相对平衡的状态。

当电场作用于铁电体时，外部的电场将会使得正负离子之间的力产生变化。

这种变化将会导致电偶极子的转动，并且会增大电偶极子的振幅，最终使得铁电体的极化程度增大。

这个过程一旦开始，就会不断自我强化，并且在电场消失后，电偶极子仍将继续保持已有的极化状态。

4 铁电体的应用铁电体由于其具有自发极化效应，一般用于制造智能材料和存储器等电子元件。

在智能材料方面，铁电体可以作为一个自适应系统，能够快速响应外界的刺激，作出相应的反应。

在存储器方面，铁电体可以用于制造非挥发性存储器，能够实现快速读取和写入数据的功能。

总的来说，铁电体的应用潜力十分广泛，并且正在迅速展开。

HefeiUniversity 铁电材料的应用系别：化工系学生姓名：陈浩专业班级：13无机非金属材料工程（2）班学号：1303032017铁电体铁电体是指可以产生自发极化并且自发极化可以随外电场的变化而发生转向的电介质材料,铁电体包含于压电体，压电体是指能够产生压电效应及逆压电效应的电介质材料，晶体具有压电性的前提是点群结构是非中心对称的。

结构中心对称的晶体发生形变后，其正电荷和负电荷中心仍然重合，不具备产生压电效应及逆压电效应的条件。

因为正负离子产生相互位移的结果是相互抵消的，所以只有不具备中心对称结构的晶体才具有压电效应可以成为压电晶体，但并不是具有压电效应的点群结构都可以产生自发极化强度，因为很多晶体的压电效应都是在某个特定方向产生的，说明该晶体的点群结构只在某个特定方向上非中心对称。

这就是说所有铁电体都是压电体，但压电体不一定是铁电体，比如石英，四硼酸锂等著名的压电体都不是铁电体[12]。

图1-2 电介质晶体分类在晶体学的32种点群中，有21种点群是非中心对称的，它们分别是1、2、m、222、2m m、4、4、422、4m m、3、32、422、3m、6、6、622、6m m、6m2、23、43m、432。

在这21种点群中，属于432点群的晶体至今未发现压电效应，这可能是由于432点群具有很高的轴对称性造成的，在这21种非中心对称的点群中有10种点群的晶体可能具有自发极化，它们是1、2、m、m m2、4、4m m、3、3m、6、6m m，并且在这10种点群晶体中自发极化还会随着温度的变化而发生改变，如果热胀冷缩效应足够大，那么温度的变化会导致应变的产生，这就是热释电效应，所以铁电体一定是属于可以产生自发极化的这10个点群范围内的[13]，图1-2中给出了几种晶体之间的关系。

铁电体的本质特性是可以产生自发极化，自发极化的产生是由于晶胞内部正负电荷中心不重叠而形成电偶极矩的体现，铁电体呈现自发极化状态，在其正负端面分别出现一层符号相反的束缚电荷使其净电压发生变化。