电介质与铁电体

自发极化

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通常材料之所以极化,是因为你用一个外来的电场去推它——不推,就不极化。但有些晶体能自己把这戏法变出来:哪怕周围一点电场都没有,它们也带着一份稳定的正负电荷分离。这种没人催促、与生俱来的电荷偏斜,就是自发极化。

它的出现,是因为晶体能量最低的那种排布本身就是偏心的:原子觉得稍微错开一点坐着更舒服,于是正负电荷始终对不齐,留下一个永久的内部偶极。这个错开朝哪个方向,并不由外界任何东西决定——晶体只是随便“倒”向某一边,就像立在笔尖上的铅笔会朝某个随机方向倒下。把晶体加热到足够热,热扰动会把这种有序冲刷掉,自发极化也就降到零。

这之所以重要,是因为自发极化是铁电体、热释电体以及许多压电材料背后的决定性特征。一个常见的误解是以为你能像感到静电吸附那样在表面摸到这份电荷;通常你摸不到,因为周围的杂散离子和电子会飘过来、糊在表面上,把外面的电场中和掉。极化确实就在内部——只是把自己藏在了一层补偿电荷的背后。

把钛酸钡晶体冷却到大约一百二十摄氏度以下,它的原子就会稍稍偏离中心,让整块晶体带上一份在更高温度下根本不存在的自发极化。没有任何东西去推它——晶体在冷却中自己选了一个方向,并把它锁定下来。

冷却时,钛酸钡的原子偏离中心,自发极化随之出现。

自发极化通常没法靠表面的杂散电荷被察觉,因为自由离子和电子会落在表面、抵消掉外部电场——极化依然在内部存在,只是被藏了起来。

又称
自发极化