
【電】 ferroelectric effect
鐵電效應(Ferroelectric Effect)是指某些晶體材料在無外加電場條件下具有自發極化特性,且極化方向可通過外部電場反轉的物理現象。該效應源于材料内部非中心對稱的晶體結構,其電偶極矩在特定溫度範圍内(居裡溫度以下)可形成有序排列,并表現出雙穩态電滞回線特征。
從物理機制分析,鐵電材料的晶胞中正負電荷中心不重合,形成固有電偶極矩。當施加外電場時,相鄰電疇的極化方向發生轉向,導緻宏觀極化強度隨電場非線性變化。這種極化反轉過程具有非易失性記憶特性,構成了鐵電存儲器(FeRAM)的工作基礎。
鐵電效應在工程技術中的應用主要包括:
該效應于1921年由Joseph Valasek在羅息鹽晶體中首次發現,其理論框架在1950年代由Landau-Devonshire熱力學模型系統建立。現代研究聚焦于钛酸鋇(BaTiO₃)、锆钛酸鉛(PZT)等鈣钛礦材料的納米尺度鐵電性調控。
技術參數方面,關鍵指标包括:
(注:依據學術慣例,相關理論可參考《鐵電物理學導論》ISBN 978-7-03-013432-5,實驗數據詳見IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control期刊收錄論文)
鐵電效應是某些介電材料中存在的獨特物理現象,其核心特征與機制可歸納如下:
鐵電效應指材料在無外加電場時具有自發極化特性,且極化方向可通過外部電場反轉或重新定向。這種現象與鐵磁材料的磁滞回線類似,因此得名"鐵電"。
典型鐵電材料(如鈣钛礦結構)的晶格中,離子在特定方向發生位移分離,形成有序電偶極子陣列。以钛酸鋇為例,其晶胞中心的Ti⁴⁺離子偏離平衡位置導緻自發極化。
該效應被廣泛應用于非易失性存儲器(FRAM)、壓電傳感器、電光器件等領域。例如鐵電存儲器利用極化狀态保存數據,斷電後信息不丢失。
當前研究熱點包括納米尺度鐵電性調控、多鐵性材料開發等方向,相關成果持續推動着電子信息與能源技術的發展。
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