鐵電體的基本特征

鐵電材料是在特定溫度區(qū)間內(nèi)存在自發(fā)極化的一類材料，且在外場作用下，材料自發(fā)極化的方向隨外場方向而改變。因此，“鐵電性”就是晶體的自發(fā)極化在外場作用下發(fā)生改變的性質(zhì)。鈣鈦礦型鐵電體是數(shù)目多的一類鐵電體，其通式為 ABO3，結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)可用簡立方格子來描述，頂角為離子半徑較大的 A 離子，體心為離子半徑較小的 B 離子，O 離子占據(jù)面心位置。這樣，就形成了 B 離子在中心，O 離子在頂點(diǎn)的氧八面體。在鈣鈦礦鐵電體和其他一些含氧八面體中，B 離子會發(fā)生偏離中心位置的移動，這就是這些材料自發(fā)極化的來源。當(dāng)外界條件變化時，鐵電體在外界刺激下發(fā)生順電-鐵電相變，位于體心的 B 離子偏離中心位置，晶胞中的正負(fù)電荷重心不重合，存在電偶極矩并產(chǎn)生自發(fā)極化。

電滯回線，表明了材料極化強(qiáng)度隨外加電場變化滯后的現(xiàn)象，如圖 2.3 所示，是鐵電材料主要的特征。若外加電場改變，鐵電體的極化就會改變，且這種改變是非線性的。當(dāng)外電場發(fā)生轉(zhuǎn)向時，鐵電材料內(nèi)部鐵電疇開始成核長大，疇壁發(fā)生移動，終發(fā)生極化轉(zhuǎn)向。電滯回線充分表明鐵電材料中自發(fā)極化在電場作用下是可翻轉(zhuǎn)的，這一特性在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲方面有重要應(yīng)用，特別是在非揮發(fā)性存儲器件中的應(yīng)用。不僅如此，鐵電材料是介電材料、壓電材料和熱釋電材料的亞族，所以鐵電材料除了具備鐵電性之外，還必然具備介電、壓電、熱釋電等，在半導(dǎo)體、應(yīng)用物理等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用。