2022-2023学年高二物理竞赛课件：缺陷的晶格

缺陷的晶格 2 下图是一个具有缺陷的晶格示意图。其中杂质离子取代了晶格结点上的一个离子。由于价数不同而在该点上形成一个正电荷的空间电荷。空间电荷是束缚在晶体缺陷上的，因而不是自由电荷。由于这个正电荷的库仑作用，容易吸附另一个负离子作为填隙离子，并束缚在附近，形成一个有几个可能取向的电偶极子。 3 4 电矩在外电场中的方向改变实际上杂质离子的跳跃（hopping）运动，即由一个填隙位置跳到另一个填隙位置，在跳跃过程中要克服一定的势垒。 在陶瓷等多晶体中，晶粒边界层缺陷很多，容易束缚大量的空间电荷，对电极化现象作出响应，这类问题的微观机制更为复杂。 5 下面以最简单的双层电介质为例说明。如图所示，由两种不同电性的电介质串联组合成一双层介质电容器，其厚度各为d1、d2，1与2 、1与2分别表示第一、第二电介质的介电常数和电导率。 在电压刚加上的瞬间，电源电压对电容器立即充电，双层介质的界面上电位移D必须连续： 6 7 双层电介质中的电场强度按介电常数分布： 第一、第二层电介质上的电压为， 8 式中，V为外加电压。由以上两式可得，加上电压时，第一、第二层电介质中的电场强度为 9 由于双层电介质中的电流密度J1(t)=1E1(t)、 J2(t)=2E2(t) ，它们是不相等的。电流不等，将有电荷积聚在界面上。积聚在界面上的电荷又将使双层介质中的电场发生变化，电场的改变引起电流的变化，这一过程直到双层电介质中的传导电流相等，界面上电荷的积聚停止时才结束，最终达到稳定的状态。 10 所以，在稳态时，双层介质中的电场强度按电导率分布： 这时，第一、第二介质中的电场强度分别为： 11 因为双层电介质界面上的全电流密度必须连续，所以 式中，01dE1/dt、 02dE2/dt分别是第一、第二电介质中的位移极化电流密度。 12 由以上式子可得， 设 时间常数，则上式可写为 $$