熱釋電與鐵電的自發極化及其微觀機製

      在晶體(ti) 中，如果晶胞中由於(yu) 晶格結構對稱性原因使正負電荷中心不相重合，即每一個(ge) 晶胞具有一定的固有偶極矩時，由於(yu) 晶體(ti) 構造的周期性和重複性，晶胞的固有偶極矩便會(hui) 沿同一方向排列整齊，使晶體(ti) 處於(yu) 高度極化狀態下。這種極化狀態是在外電場為(wei) 零時自發產(chan) 生的，因而稱為(wei) 自發極化。具有自發極化的晶體(ti) 必然是個(ge) 帶電體(ti) ，在晶體(ti) 內(nei) 外空間建立電場，其電場強度取決(jue) 於(yu) 自發極化強度。

      非極性晶體(ti) 從(cong) 彈的角度考慮是穩定的，那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 其中會(hui) 出現陰、陽離子的位移從(cong) 而出現自發極化呢?其原因可以簡單地闡述如下。假設偶極子起源於(yu) 電荷為(wei) q的一種A離子在晶格中的位移，則極化起因於(yu) 晶格中的A離子作了相同的位移，這就導致了對於(yu) 任何一個(ge) 單個(ge) 的A離子，即使無外場作用，也總有來自周圍極化P所產(chan) 生的局部電場作用其上。局部電場形成的基本原理示於(yu) 下圖，其大小可用下式計算

       這裏需要指出，用實驗方法很難發現具有自發極化的晶體(ti) 所帶電荷，這是因為(wei) 自發極化建立的電場吸引了晶體(ti) 內(nei) 部和外都空間的異號自由電荷，在晶體(ti) 表麵形成一個(ge) 表麵電荷層，結果自發極化建立的表麵束縛電荷被吸引來的表麵自由電荷所屏蔽。但是，改變溫度或者施加應力產(chan) 生變形時，由於(yu) 離子間距和鍵角發生變化，自發極化強度也將發生變化。這時被自發極化束縛在表麵的自由電荷層就有一部分可以恢複自由而釋放出來，使晶體(ti) 呈現出帶電狀態或在閉合電路中產(chan) 生電流。這就是熱釋電效應和壓電效應。