2022-2023学年高二物理竞赛课件：电路中压强对电容率的影响

电路中压强对电容率的影响 2 电路中压强对电容率的影响 压强对电容率以及电容峰值温度的影响提供了关于铁电相变机制的重要信息。 首先看两个例子。 3 图6.14示出了不同静压下KH2PO4的电容率虽温度的变化曲线，该图也显示了相变温度随压强增大而降低,直至铁电相到绝对零度也不再出现。 4 实验表明，等静压作用下铁电体相变温度的变化有三种情况。 第一，钙钛矿结构的位移型铁电体，其相变温度随着静压增大而降低； 第二，KDP类的有序无序型铁电体，相变温度随着静压增大而降低； 第三，TGS等有序无序型铁电体，相变温度随等静压增大而上升。 5 位移型铁电相变可归因于布里渊区中心某光学横摸的软化。模的软化决定于短程力与长程库仑力的平衡。在等静压作用下，离子间距离r减小，故短程力和库仑力都将增大，但短程力较库仑力增加得快得多，因此库仑力与距离r的关系式正比于r-3，因而短程力与距离的关系是正比于r-n,n约为10-11。由式(4.7)可知， 将增大，即在同样温度下静压使模硬化。由式(4.1)可看出，这使相变温度降低。 6 KDP类晶体是有序无序型铁电体，但自发极化的出现依赖于赝自旋运动与类晶格模的耦合。相变温度取决于赝自旋相互作用系数J0与隧穿作用(其大小由隧穿频率表征)的竞争，如下式所示 其中： 7 显然 ，隧穿频率与氢键中质子两个平衡位置间的距离有关。在等静压作用下，该距离变小，于是增大。所以对同样的J0，相变只能发生于较低温度. 8 一级相变温度随等静压变化可用热力学理论来说明。考虑一体积可变的电介质系统，取温度，电场和等静压h为独立变量但电场恒定，于是特征函数的全微分为： 这里S’和V分别为系统的熵和体积。 9 这就是Clausius-Clapeyron方程。 在温度为Tc时，两相(令为a和b)的特征函数相等，即 于是： 10 若改用单位体积的熵S，则有 得到： 利用 11 二者基本符合。 对于钛酸钡，测出体积变化率后有此式算得 实际测得的为 12 TGS类晶体是另一种有序无序型铁电体，他们的特点是自发极化直接来源于偶极子的有序化。在这些系统中，隧穿作用比较微弱，于是系统可用动态伊辛模型描写，相变温度如下式所示，仅取决于赝自旋相互作用常量J0： $$