
【化】 electronic polarization
電子極化(Electronic Polarization)是電介質材料在外電場作用下發生的電荷分布調整現象,其核心機制為原子核與電子雲的相對位移。從漢英詞典角度解析,"電子極化"對應英文術語為"electronic polarization"(讀音:ɪˌlɛkˈtrɒnɪk ˌpoʊləraɪˈzeɪʃən),屬于電磁學與材料科學交叉領域的基礎概念。
該現象遵循經典物理學的洛倫茲模型,其數學表達式可表示為: $$ P = Nalpha_e E $$ 其中P代表極化強度,N為單位體積原子數,αₑ為電子極化率,E為外加電場強度。該公式揭示了極化強度與電場強度的線性關系。
在工程應用層面,電子極化主要影響:
英國物理學會《Journal of Physics D》的量子力學分析表明,電子極化率αₑ的微觀表達式為: $$ alpha_e = frac{e}{m_eomega_0} $$ 式中e為電子電荷,m_e為電子質量,ω₀為電子固有振動頻率。該理論框架為納米級電子器件的設計提供了基礎支撐。
電子極化是電介質材料在外電場作用下的一種微觀響應現象,其核心機制是原子或分子中的電子雲相對于原子核發生微小位移,形成瞬時電偶極矩。以下是詳細解釋:
基本概念
當外加電場作用于物質時,原子中的電子雲會向電場正極方向偏移,而原子核則略微反向移動,導緻原本電中性的原子形成微小的電偶極子。這種極化現象具有瞬時性(響應時間約$10^{-15}$秒量級),且撤去電場後能迅速恢複原狀。
微觀機制
在晶體材料中,電子極化會激發Frenkel激子(一種電子-空穴對),導緻兩個效應:一是電子能量降低,二是電荷被極化波屏蔽,削弱其相互作用。這種現象在半導體和絕緣體中尤為顯著。
主要特征
與其他極化類型的區别
| 極化類型 | 響應時間(秒) | 作用機制 | 存在範圍 |
|---|---|---|---|
| 電子極化 | $10^{-15}$ | 電子雲位移 | 所有物質 |
| 離子極化 | $10^{-12}$ | 正負離子相對位移 | 離子化合物 |
| 取向極化 | $10^{-10}$ | 極性分子轉向 | 極性分子材料 |
應用領域
電子極化現象是電容器儲能、光學材料折射率調控、電磁屏蔽技術的重要理論基礎。例如在半導體器件中,通過調控電子極化可改變載流子遷移率,進而優化器件性能。
注:如需了解極化對電極過程的影響(如電化學中的極化現象),可參考中關于電極電勢偏移的延伸說明。
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