
【電】 ferroelectric material; ferroelectric materials
鐵電材料(Ferroelectric Materials)是指具有自發極化特性,且極化方向可隨外加電場方向反轉的一類特殊電介質材料。其名稱中的“鐵電”源于與鐵磁材料(極化方向可被磁場反轉)的類比,而非字面含鐵元素。以下是詳細解釋:
自發極化(Spontaneous Polarization)
鐵電材料内部存在電偶極矩自發有序排列形成的極化狀态,無需外加電場即可産生電極化現象。這種極化源于晶體結構的非中心對稱性(如鈣钛礦結構的畸變)。
中文對照:自發極化 → Spontaneous Polarization
電滞回線(Ferroelectric Hysteresis Loop)
極化強度(P)與外加電場(E)的關系呈現滞後回線,是鐵電材料的标志性特征。當電場歸零時,材料仍保留剩餘極化(Remanent Polarization, Pr),反轉極化需克服矯頑電場(Coercive Field, Ec)。
中文對照:電滞回線 → Hysteresis Loop;剩餘極化 → Remanent Polarization
居裡溫度(Curie Temperature, Tc)
當溫度高于居裡點時,鐵電材料轉變為順電相(Paraelectric Phase),自發極化消失,晶體結構發生相變。
中文對照:居裡溫度 → Curie Temperature;順電相 → Paraelectric Phase
常見材料體系
關鍵技術應用
國際标準定義
根據IEEE标準(IEEE Std 1800-2012),鐵電性被描述為:“某些晶體材料表現出的可反轉自發電極化特性”。
來源:IEEE Xplore Digital Library
材料科學釋義
美國國家标準與技術研究院(NIST)指出:鐵電材料的極化反轉行為使其成為高密度存儲器和微波器件的核心材料。
來源:NIST Materials Genome Initiative
物理機制闡釋
劍橋大學材料系強調:鐵電性源于晶格中離子位移導緻的永久電偶極矩,其反轉過程涉及原子尺度的勢壘跨越。
來源:University of Cambridge, Department of Materials Science
中文術語 | 英文術語 |
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鐵電疇 | Ferroelectric Domain |
疇壁 | Domain Wall |
熱電效應 | Pyroelectric Effect |
壓電效應 | Piezoelectric Effect |
介電常數 | Dielectric Constant |
注:鐵電材料需同時具備熱電性(極性晶體)和可反轉極化特性 。
鐵電材料是一類具有自發極化特性且極化方向可通過外加電場反轉的功能材料。以下從定義、特性、分類和應用等方面進行詳細解釋:
鐵電材料的核心特征是自發極化和極化方向可逆性。其晶體結構在不加外電場時即存在電荷分離形成的偶極矩(自發極化),且這種極化方向能通過外電場翻轉。這一現象被稱為“鐵電效應”,因與鐵磁材料的磁滞回線相似而得名。
根據晶體結構可分為兩類:
傳統鈣钛礦材料因尺寸限制難以滿足高集成度需求,氧化铪基鐵電材料(如HfO₂)因與CMOS工藝兼容且可微縮至納米級别,成為後摩爾時代存儲技術的研究熱點。
注:鐵電材料的詳細參數(如居裡溫度、矯頑場強度)需根據具體化合物确定,典型材料如钛酸鋇的居裡點約120℃。
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