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电路中静态畴结构及其形成原因

2电路中静态畴结构及其形成原因

铁电晶体在没有外电场和外力作用下从顺电相过渡到铁电相时，将出现至少两个等价的自发极化方向，以便使晶体的总自由能最小。因此，晶体在铁电相通常是由自发极化方向不同的一个一个小区域组成。每一个极化方向相同的小区域称为铁电畴，分离电畴的边界称为畴壁。Domainwall

3影响畴结构的因素对于实际观察到的畴结构，将受到晶体对称性、电导率、结构缺陷、自发极化强度、弹性常数和介电常数的大小，以及晶体的制备历史和样品的几何形状等等因素的影响。

4静态畴结构的形成式中WE是静电能密度；WS是弹性能密度；WW是畴壁能密度。式中忽略了高于四阶的幂次项。铁电晶体中的静态畴结构是由其总自由能最小决定。通常，在晶体的铁电相中自由能的表示式可写为，

5如果晶体中不出现电畴，自然就不存在畴壁能，但此时静电能和弹性能都比较大，从而使总能量较大。当出现电畴后，虽然增加了畴壁能，但静电能和弹性能减小了，使总能量减小。若电畴太多，畴壁能又会大大增加，使总能量增加。因此铁电体中只会形成一定数量的电畴，以使静电能、弹性能和畴壁能具有适当值，从而使整个晶体的自由能最小，晶体处于稳定状态。

6静电能亦即是退极化场能。当铁电晶体通过居里点产生自发极化时，相应地在晶体表面和局部缺陷处产生极化电荷，此电荷就在铁电体中建立一个退极化场Ed,应变x以及相变热。设相变时自发极化的突变为，则退极化场为：

7因此Ed与Ps反向，它是极化不稳定，相应的退极化能密度为：式中的L是退极化因子，0<L<1,它取决于样品的形状和极化的取向。

8Cij是弹性刚度分量。应变包括电致伸缩应变和压电应变两部分：相应的应变能密度为

9

S为熵的变化。单位体积的相变热为：相变热为：C是居里-外斯常量。

10一级相变的特征之一是两相共存。新相的成长过程就是相界移动的过程。令相界移动速率为VB。新相中电畴的图像与VB以及电导率和热导率有关。降低退极化有两个途径。一是形成180

度畴，二是载流子定向移动以屏蔽自发极化。考虑图5.2所式的畴结构模型。设样品的厚度为t,体积为V，电畴宽度为d。

11图5.2周期性180

畴结构厚度为t,体积为V，电畴宽度为d。厚度t远大于d，退极化能为：

12式中的（

x）和（

x）分别为x方向和z方向的相对电容率。

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