2022-2023学年高二物理竞赛课件：普适介电响应

普适介电响应 2 近年来Jonscher等人从不同的观点研究了介电驰豫。他们指出，按照驰豫时间分布的概念，介电驰豫应该敏感的依赖于材料的结构，键型以及物理和化学性质，而实际上许多在这些方面差别很大的材料却具有相似的介电响应特性。 Jonscher等人分析许多材料以后，总结出了“普适介电响应”。 普适介电响应 3 除开偶极子的有序无序运动以外，铁电体中其他机制也可导致介电弛豫。 以后我们将讨论电畴对介电性的影响，这里仅指出一种有趣的超低频介电弛豫，其介电弛豫时间长达数百秒。在未经单畴化处理的铁电陶瓷中，这种弛豫很显著，单畴化处理后则基本消失，这表明其起源很可能是极缓慢的电畴过程。 4 四方钨青铜型铁电体是一大类含氧八面体的铁电体。根据已有的介电测量，它们无一例外的出现低频介电弛豫。这种介电弛豫可用转动模模型来解释。氧八面体(如NbO6)绕其相邻离子(如Sr,Ba)的转动形成一种局域转动模，它与晶格模的的耦合增到了电容率。转动模在ab平面内，与之耦合的晶格模描写的是离子沿着极轴c的运动。转动模的特征频率在兆赫范围，因而导致该范围的介电弛豫。 5 Tetragonal Tungsten Bronze(TTB) 四方钨青铜(例如：Sr0.5Ba0.5Nb2O6) 6 BaTiO3和PbTiO3等一些钙钛矿结构单晶和陶瓷在温度400-800C，频率104-107Hz显示介电驰豫，它可用空间电荷模型加以解释。 用德拜模型理论来解释介电驰豫已有许多年的历史，并取得了很大的成功。虽然实际系统中呈现单一驰豫时间的并不多见，但采用驰豫时间分布函数可以结识许多系统的介电响应。 7 他们以复介电极化率描写介电响应并且规定： 其中r()是远高于介电损耗峰频率时的电容率。 8 因为集中注意低频损耗，所以r()并不必是光频电容率。当频率远高于所考虑的损耗峰频率时，该损耗可以忽略，于是电容率为实数。 其中A(T)和n(T)都是与温度有关的参量，0 <n(T) <1。 在损耗峰频率以上()可写为 9 此式表明： 所以： 和： 10 这里m(T)是另一个依赖于温度的参量，1  m(T) 0。 在损耗峰频率以下 11 式(6.25)表明： 损耗峰频率以上，lg()和lg()与lg()形成两条斜率为n-1的平行直线； 损耗峰以下，lg()也与lg()成直线，斜率为m。 属于偶极系统的材料都符合这种规律，他们的差别就是n和m不同，所以称(6.25)表示的是普适介电响应。 12 令绝热介电隔离率和等温介电隔离率分别为λS和λT，在零场极限时，有 $$