电介质与铁电体

铁电体

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大多数绝缘体只在你给它们加着电场时才显出极化;一关电场,它们就回到中性。铁电体却不同,也更奇特:它自己就带着一份天生的极化,而且你能用足够强的电场把这份极化的方向翻过来,翻过去它还能保持住。它就像一个开关,记得你上一次把它扳向了哪边。

在铁电晶体内部,原子安顿在一种稍微偏离中心的排布里,于是留下一份朝着某个方向的、永久的电荷牵引——这就是自发极化。外加电场能把原子推到镜像对称的那种排布去,从而把极化反转过来,原子就停在那里,直到被推回来为止。把它加热越过一个特殊的温度,即居里点,那种偏心的有序就消融掉,剩下一个普通的电介质。

这之所以重要,是因为这种可切换、能记住的极化,让铁电体非常适合做存储芯片,而它们巨大的介电响应又让它们成为电容器和传感器的宠儿。名字本身是最常见的混淆:“铁”字源于铁元素,因为这种行为很像磁铁,但铁电体里根本不含铁,和磁性也毫不相干——这个类比指的是“翻转并记住”的行为,而不是材料本身。

在铁电存储芯片里,每个微小的单元只靠它内置极化指向哪边,来存一个一或一个零。读出或改写一位,就是轻推那份极化让它翻转——而由于断电后它依旧不动,这种芯片不用电池也能记住自己的数据。

铁电存储单元用内置极化的指向来存一个比特。

尽管名字里有“铁”,铁电体并不含铁,也没有磁性——这个词只是借用了与铁磁体的类比,后者的磁化同样能被翻转、被记住。

又称
ferroelectric material铁电体