基本介紹
- 中文名：電疇
- 外文名：electric domain
- 拼音：diàn chóu
- 相關概念：電滯回線
- 學科：材料性能
- 觀察方法：電子顯微、光學技術
電疇簡介,電滯回線產生過程,電疇觀察方法,結構破壞——居里溫度,
電疇簡介
鐵電體出現電滯回線的原因在於存在電疇。鐵電體自發極化時能量升高，狀態不穩定，晶體趨向於分成許多小區域，每個小區域電偶極子沿同一方向，不同小區域的電偶極子方向不同，每個小區域為電疇。疇之間的邊界地區稱為疇壁。決定疇壁厚度的因素是各種能量平衡的結果。一般疇壁呈180。、90。，多見於單晶體；斜方晶系的磁疇多呈60。、120。；菱形品系多出現71。、109。
電疇電滯回線產生過程
鐵電體在外電場的作用下，電疇趨向與外電場方向一致，稱為“疇”轉向。疇轉向是通過新疇的出現、發展和疇壁移動來實現的。外加電場撤去後，小部分電疇偏離極化方向，恢復原位，大部分停留在新轉向的極化方向上，導致產生剩餘極化。具體過程如圖2所示：
①設單晶體的極化強度方向只有沿某軸的正向或負向兩種可能。在沒有外電場時，晶體總電矩為零(能量最低)。加上外電場後，沿電場方向的電疇擴展、變大，而與電場方向反向的電疇變小。這樣極化強度隨外電場增加而增加。
②電場強度繼續增大，電疇方向趨於電場方向，形成一個單疇，極化強度達到飽和。
③如再增加電場，則極化強度P與電場E成線性增加，沿線性外推至E=0處，相應的Ps值稱為飽和極化強度，也就是自發極化強度。
④若電場強度自C處下降，晶體極化強度亦隨之減小。在E=0時，仍存在極化強度，就是剩餘極化強度PR。
⑤當反向電場強度為Ec時(圖1中F點處)，剩餘極化強度PR全部消失。
⑥反向電場繼續增大，極化強度才開始反向，直到反向極化達到飽和到圖2中的G處，Ec稱為矯頑電場強度。
圖2：電疇回線電疇觀察方法
觀察電疇結構的方法有許多種，其中常見的有電子顯微術、光學技術、酸腐蝕技術、粉末沉澱法、液晶顯示技術，熱電技術、x射線技術和凝霧法幾種。
1.電子顯微法
電子顯微法是目前用來觀察電疇的主要方法，其優點是解析度高，而且可觀測電場作用下的電疇。掃描電子顯微鏡(SEM)可直接觀察樣品表面(通常是在真空中解理後直接觀測)。利用透射電子顯微鏡(TEM)觀察電疇則需要在樣品製備方面付出較大的努力。TEM用的樣品通常是薄箔。製備薄箔時，通常用HF腐蝕，但薄箔厚度不易控制。近來離子束減薄等新技術也被用來製備薄箔樣品。也可以用表面每利(修飾法)涌討TEM來研奔申l疇結構。
2.光學技術
常用的方法是利用鐵電晶體的雙折射性質把晶片置於正交偏振片之間，用偏光顯微鏡直接觀察電疇結構。這是靜態疇結構和研究疇壁運動動力學的最簡單方法。但它一般不適用觀察反平行疇，因為在疇反轉後折射率不變。此外，利用光學二次諧波發生技術可以觀察180。疇壁。因為180。疇壁的兩邊，二階非線性極化率要改變符號且相位相消，於是包含疇界的區域比周圍單疇區更黑暗。除揭示疇結構外，二次諧波產生技術還能用來測量具有周期性幾何形狀的非常小的疇的寬度。這種技術能用於對二次諧波具有旋光性的晶體，如Pb5Ge3O11還可以利用其旋光性觀察180。疇。當一束偏振光沿晶體c軸傳播時，一組疇在檢偏器後顯示出黑暗。另一組疇顯示出光亮。實現相位匹配的晶體。光學法觀察電疇的尺寸只能到毫米級，而利用透射式電子顯微鏡則可觀察寬度直到納米級的疇結構以及疇壁運動。
3.液晶顯示技術
液晶顯示技術是近幾年來才發展起來的觀察電疇結構的新技術。它是將一薄層向列型液晶覆蓋在鐵電晶體表面，由於電疇極性的影響，液晶分子會形成一個與疇結構相應的圖案，可用偏光顯微鏡直接觀察液晶分子相對於鐵電疇的排列。這種方法優於酸腐蝕法和粉末沉澱法。特點是方便、快速，能迅速回響疇結構的快速變化，並具有十分高的解析度。
4.酸腐蝕技術
利用鐵電體在酸中被腐蝕的速度與偶極矩極性有關的特點，不同極性的疇被腐蝕的程度不一樣。偶極矩正端被酸腐蝕很快，負端侵蝕速度很慢，用顯微鏡可直接觀察。腐蝕技術的主要缺點是具有破壞性，而且速度慢。
5.粉末沉澱法
利用絕緣液中某些有顏色的帶電粒子的沉澱位置來顯示出疇結構。比如，黃色的硫和紅色的氧化鉛(Pb3O4)粉末在乙烷中將分別沉積在疇的負端和正端，從而顯示出疇結構。
結構破壞——居里溫度
居里溫度又稱居里點，鐵電性狀態一般存在於低溫條件下，因為高溫時不斷增加的熱運動的影響足以打亂相鄰八面體中共同的位移，從而破壞了疇結構。發生破壞時的溫度就是鐵電體Curie溫度。高於Tc時，材料呈順電性(即非鐵電性)。高於Tc時，仍可維持高的介電常數，但在沒有外電場時，不能再保留剩餘極化。
