第六章-第三十讲(反铁电性)

晶体的自发极化与铁电性质反铁电性反铁电体与相变当电介质晶体的晶胞自发极化出现时，相邻晶胞的电矩同向排列而出现铁电性，相邻晶胞的电矩反向排列，形成两组反向极化的晶胞，在宏观上对外不显示自发极化强度，没有电滞回线，在外场的作用下，可以使其中反向排列的电矩取向反转，于是，所有电矩同向排列。晶体的这种性质称反铁电性；反铁电性与铁电体相同之处：晶体结构与同型的铁电体相近，温度升高，反铁电体相变到顺电相结构，反向自发极化消失，居里点TO处将出现反常，在相变温度TC以上，介电常数遵守居里—外斯定律，在相变温度TC以下变成对称性较低的反铁电相。电滞回线反铁电体锆酸铅PbZrO3是有名的钙钛矿结构反铁电体，Pb2+离子反向有序，其偶极矩反向有序排列。原点处偶极子在处电场为：1r31510341rrrrE在处置另一偶极子，则两个偶极子间互作用能:r23021215024341rrrrEW-+1-+2r反铁电体-+1-+2μrμμ21当30211142rW为极小值当反平行1rμ230211142rW为极大值-+1-+2μ反铁电体-+1-+2μ当为极大值当反平行1为极小值-+1-+2μrμμ2130214rWrrμ230214rW反铁电体两个孤立偶极子，它们平行与r时，两偶极子平行排列稳定；两个孤立偶极子，它们垂直与r时，两偶极子反平行排列稳定；三维晶格而言，对于简立方晶格反平行排列状态，静电作用能最低。反铁电体•反平行偶极子晶格A的单位晶胞不再是原来的简立方，在垂直于偶极子轴向，晶格周期增加了一倍，形成超晶格结构，这种超晶格结构可看成由两个子晶格套构而成，每一个晶格偶极子平行排列，两套子晶格作反向排列。•设两个子晶格a和b，晶位a和b上的离子发生反向或同向位移，晶体的总极化强度P为两子晶格极化强度Pa和Pb之和，作用在晶位a和b上的有效电场Ea和Eb：反铁电晶胞：baaPSPSEE21abbPSPSEE21E为宏观平均电场S1、S2为结构系数反铁电体•对a和b两个子晶格本身而言，结构完全相同aaPEγ比例系数bbPEEPSPSba21EPSPSba12反铁电体•当外场E=0时Pa和Pb非零条件为：0121SSSS211SS212SS12SSPPba1baPP2baPPI.γ1=γ时，两个子晶格在相同方向上产生自发极化，相当于极性晶体;II.γ2=γ时，两个子晶格在反方向产生自发极化，相当于反极性晶体。反铁电体γ2=γ时，有：baPPSSE212介电常数：210002SSEPr对于铁电体：在居里点1r反铁电体，在居里点22001Sr