鐵性疇(ferroic domain)
當晶體降溫越過一個降對稱相變,低對稱結構可以用若干個同樣好的方式取向,而晶體的不同部分做出不同選擇。每一個「處處指向相同」的均勻區就是一個疇,疇之間的薄界面則是疇壁。在鐵性(ferroic)晶體裡,這些疇在某個「可切換的性質」上有所不同(自發極化、應變或磁化),而施加對應的場(電、應力或磁),就能把一個疇態翻成另一個。這些就是鐵性疇。
它們之所以形成,是因為高對稱母相曾擁有一些操作——比方三條立方軸的等價性——而低對稱子相失去了它們。每個失去的操作把一個疇變體映到另一個,因此不同疇態的數目等於群-子群關係的指數。在由立方降溫而來的正方鈦酸鋇中,極化可以沿 +x、負 x、+y、負 y、+z、負 z:六個鐵電疇變體,以 90 度與 180 度疇壁分隔。任其自然,晶體會裂成許多疇,因為這降低了靜電與彈性能(單一巨大疇會帶著龐大的雜散場或應變)。
鐵性疇是一大類元件的工作部件。把鐵電體「極化」(用電場對齊它的疇)正是壓電致動器或鐵電記憶體運作的原理;磁疇及其疇壁是磁記錄的物理;鐵彈性疇切換則撐起形狀記憶。理解一個材料,往往就是理解它的疇:對稱允許幾種變體、疇壁如何移動、場又如何重寫圖樣。一個誠實的提醒:疇是對稱破缺的後果,不是要清除的缺陷——母相失去的對稱保證了它們的存在。
由立方降溫成正方的鈦酸鋇,自發極化可以指向立方六個等價方向之一(+x、負 x、+y、負 y、+z、負 z),造出六種鐵電疇變體,以 90 度與 180 度疇壁分隔。給它加一個電場,取向有利的疇便長大、吞掉其他疇——這個「極化」過程正是壓電致動器與鐵電記憶體運作的核心。
鐵性疇:降對稱相變造出的等價變體(差在極化/應變/磁化),以疇壁分隔;施加對應的場可切換疇態。
鐵性疇源於對稱破缺:母相丟失的每個對稱操作把一個變體映到另一個,因此疇變體數目等於群-子群關係的指數。疇不是要清除的缺陷,而是對稱破缺的必然產物;施加對應的場(電、應力、磁)可切換疇態。