2022-2023学年高二物理竞赛课件：反铁电体

1 反铁电体 2 罗息盐晶体的介电常数与温度的关系 3 RS晶体的弹性柔顺常数S44与温度的关系 4 表6-1给出了部分铁电晶体的分子式、居里点和自发极化强度。 对于晶格结构和特性差异如此之大的各种铁电体，要对它们做完善的统一分类是不容易的。 到目前为止，对铁电晶体的分类法有许多种，其中常用的有以下几种。 5 单轴铁电体，多轴铁电体 根据铁电体的极化轴的多少分为两类。一类是只能沿一个晶轴方向极化的铁电体，如罗息盐以及其它酒石酸盐，磷酸二氢钾型铁电体，硫酸铵以及氟铍酸铵等。另一类是可以沿几个晶轴方向极化的铁电体（在非铁电相时这些晶轴是等效的），如钛酸钡、铌酸钾、钾铵铝矾等。这种分类方法便于研究铁电畴。 6 是否有对称中心 根据铁电体在非铁电相有无对称中心亦可分为两类。 一类铁电体在其顺电相的晶体结构不具有对称中心，因而有压电效应。如钽铌酸锂、罗息盐、KDP族晶体。 另一类铁电体，其顺电相的晶格结构具有对称中心，因而不具有压电效应，如钛酸钡、铌酸钾以及它们的同类型晶体。这种分类方法便于铁电相变的热力学处理。 7 成分和结构 根据晶体成分和结构特征，可把铁电晶体分成两类。一类是含有氢键的晶体，如KDP族、TGS、罗息盐等。这类晶体的特点是可溶于水、力学性质软、居里点温度低、溶解温度低，常称“软”铁电体。另一类是双氧化物晶体，如钛酸钡、铌酸锂等晶体。它们的特点是不溶于水、力学性质硬、居里点温度高、溶解温度高，常称为“硬”铁电体。 8 居里-外斯常数 按居里-外斯常数的大小分类（参照图6-4），这种分类法有利于研究铁电体的相变机制。居里-外斯常数C 大约在105数量级的为第一类。这类铁电体的微观相变机制属于位移型，它主要包括钛酸钡等氧化物型铁电体。近来发现的SbSI是这一类中的唯一例外，它不是氧化物。 9 居里-外斯常数C 大约在103数量级的为第二类，这类铁电体的微观相变机制属于有序-无序型，主要包括KDP、TGS、罗息盐和NaNO2等。C数量级大约在10的为第三类铁电晶体，属于这一类的典型晶体是(NH4)2Cd2(SO4)3。这类铁电体的相变机制目前尚未详细研究，也无专门的名称。 10 图6-4： 铁电体按居里-外斯常数分类表 11 量子顺电体 Quantum Paraelectrics 先兆性铁电体 Incipient Ferroelectrics 代表性材料：SrTiO3， 其它有： CaTiO3 ， KTaO3 主要特点：介电常数随温度减低而增大，在低温区出现一个平台，整个温度区间没有铁电性。 有出现铁电性的先兆；可能是量子涨落造成低温区不出现铁电性。 12 K A Muller, Jpn J Appl Phys 24 (1985) 24-2, pp.89-93 Quantum Para- , Ferro-, and Random Electric Behaviors in Oxide Perovskites $$