
【电】 magnetic ferroelectric
determine; iron; unalterable; weapon
【医】 Fe; ferri; ferrum; iron; mars; sidero-
【经】 iron
electromagnetism
【医】 electromagnetism
铁电性(Ferroelectricity)是一种特殊的介电性质,指某些晶体材料在外加电场作用下能表现出自发极化反转的特性。其英文术语 "Ferroelectricity" 由 "Ferro-"(意为铁,但此处与铁磁性无关,而是借用其"持久性"概念)和 "electricity"(电)组合而成,强调其具有类似铁磁体的电滞回线特征。
自发极化 (Spontaneous Polarization)
铁电材料在特定温度(居里温度以下)时,晶胞内正负电荷中心不重合,形成固有的电偶极矩,无需外加电场即可产生极化。这种极化源于晶体结构的不对称性(如钛酸钡中钛离子偏离氧八面体中心)。
电滞回线 (Hysteresis Loop)
极化强度(P)随外加电场(E)变化形成闭合回线(图1),是铁电性的标志性特征。当电场方向反转时,极化方向会延迟翻转,存在剩余极化(Pr)和矫顽场(Ec),表明材料具有"记忆"电场方向的能力。
电滞回线公式:
$$ P = f(E) $$ 其中剩余极化 (P_r) 和矫顽场 (E_c) 是关键参数。
畴结构与极化翻转
铁电体内部分为多个电畴(极化方向一致的区域),畴壁移动和偶极矩集体转向导致极化反转。这一过程涉及原子尺度的离子位移(如钙钛矿材料中B位离子的偏移)。
材料类别 | 代表物质 | 主要应用领域 |
---|---|---|
钙钛矿氧化物 | BaTiO₃, PZT | 高介电电容器、压电传感器 |
聚合物 | PVDF | 柔性存储器、能量收集器 |
二维层状材料 | CuInP₂S₆ | 超薄电子器件 |
应用实例:铁电随机存取存储器(FeRAM)利用剩余极化存储数据,具有非易失性、低功耗和高速读写优势。
(注:链接已核验有效性,访问日期:2025年8月)
铁电磁性(Multiferroicity)是指材料中同时存在铁电性(自发极化)和磁性(如铁磁性或反铁磁性)两种物理特性的现象,且这两种性质之间可能存在相互作用(即磁电耦合效应)。以下是详细解释:
铁电磁性是凝聚态物理和材料科学的前沿领域,其突破可能推动新型电子器件的发展。如需更深入的机制分析(如对称性破缺、拓扑效应等),可进一步探讨具体理论模型。
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