晶体物理性能第3章晶体的介电性质

第三章晶体的介电性质离子晶体一般情况下，缺乏自由导电的电子，是属于绝缘体，它的介电性能是指晶体处在外加电场作用下的诱导极化的行为，这种行为归根结底是由构成晶体的离子及其晶体结构决定的固体的极化行为较气体、液体更为复杂，固体材料的介电特性研究不仅对于电力设备、电子元件等应用上极为重要，磆因为光学晶体的高频介电常数直接与光学折射率相联系，所以对激光晶体的高频介电行为，在激光应用中更为重要．关于介电质的极化，在电磁学有关章节中已作了比较详细的介绍，但鉴于晶体介电性质作为下面有关铁电体、晶体光学、非线性光学各章节的基础，为学习下面各章方便起见，再作一复习性的扼要叙述，具有特殊自发极化行为的晶体――铁电体的一般性能将在第四章专门介绍，有关介电极化中的非线性行为及其应用，将在本书最后几章中专门介绍．§３．１ 介质中的宏观电场强度与极化强度晶体是由一个个离子排成晶格组成的，当晶体置于一个外加电场E 中，那么每个离子上的电子云和带正电的原子核的中心要发生相对位移 r ，就由此产生一个电偶极矩 q r，这就是电子极化（参看图３．１ a ），同时，正负离子间，也要发生相对位移R，此时每对离子亦产生电偶极矩，这就是离子极化（参看图３．１ b）．未加电场时＋, －电荷中心重合，没有偶极矩加电场后情况图３．１离子晶体的位移极化示意图 (a) 电子位移极化(b)离子的位移极化00 E00 Eeeee电子位移极化a 1.3 图b 1.3 图 离子位移极化 0E r                      P0E E介质的电极化除上述两种极化之外，对某些离子晶体中还存在着另一种极化的机制，这些晶体存在某些“集团”，它们自身正负电荷的“重心”不重合，有所谓固有电偶极矩，在无外电场情况下，热运动使它们的偶极矩取向是杂乱的，宏观上表现出无极化强度，一旦加上电场，这些偶极矩有顺着电场方向的有序化倾向，电场越强有序化程度越高，宏观上将表现出有极化强度，不过这种极化和前二种不同，无论热运动使取向杂乱，电场使取向有序化，都涉及到某些离子必须从一个平衡位置扩散到另一个平衡位置的过程．这个过程当然比较慢，所以“惯性”比较大．在光的高频电场下，它是来不及改变自己的取向的，这种极化只对静电和无线电微波频率以下的极化有贡献（...