热释电效应的几种应用

晶体的32种对称类型中有21种没有对称中心,而在具有压电性的20种无对称中心的点群中,有10种点群的晶体具有热释电效应.这类晶体存在固有的自发极化,当晶体的温度变化时,自发极化强度也随之改变,与极化强度方向垂直的晶体表面产生过剩的热释电电荷.最早观察到热释电现象的矿石是电气石.十九世纪初发现罗息盐(酒石酸钾钠)的热释电性,以后又陆续发现很多晶体具有热释电性能.目前常用的红外探测器材料有硫酸三甘肽(TGS)、钽酸锂、铌酸锶钡以及钛酸铅陶瓷等.实用的热释电材料都是铁电体,它们的极化强度能随外加电场而反转.二十世纪三十年代有人…     

核磁共振在铁电相变研究中的应用

一、引 言 实验表明,有些晶体当温度降低到某一临界温度Tc以下时会出现自发极化,而且自发极化强度的方向可以因施加电场而反向.晶体的这种性质称为铁电性.由非铁电晶体转变为铁电晶体的温度称为该晶体的铁电居里温度.有些晶体有上、下两个居里温度,在这两个温度之间,它具有铁电性,而在其他温度下则没有铁电性.1921年实验上第一个发现的铁电体罗息盐(酒石酸钾钠)就属于这种情形.因为铁电性的出现或消失总伴随着晶体结构的改变,所以它是一个相变过程,称为铁电相变. 由于很多铁电体都有重要的技术上的用途(例如作为压电材料、非线性光学材料),…     

热电系数及其精确测量方法

一、热电系数的定义 铁电体的热电系数测量重复性很差,迄今所发表的数据只有两位或三位有效数字[1].这是由于技术上的原因,还是由于热电系数的定义本身有欠精确之处,本文将进行探讨. 早在公元前372年就发现了电气石的热电效应,而铁电性则在1921年才被发现.电气石是非铁电性热电体.由于历史的原因,关于非铁电性热电体的一些概念很容易被不加区别地引用到铁电体.后来,随着铁电陶瓷的研制成功和广泛应用,关于热电单晶的一些概念也容易被不加区别地引用到陶瓷.这就形成了关于热电系数定义上的一些混淆.一个宏观物理量是从唯象的热力学理论定义的…     

Bax Sr1-x TiO3 精细结构的第一性原理研究

为了研究钛酸锶(SrTiO3,ST)中随Ba的掺入,其晶体从顺电相到铁电相的变化过程及四方相钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3,BST)的铁电性.在广义梯度近似下,利用超软赝势平面波方法计算了不同Ba/Sr摩尔比BST的总能量,确定了BST的精细结构.结果表明,在钛酸锶晶体中,随着Ba的掺入,晶胞体积膨胀, c/a比值增大,有利于晶体结构中正负离子的分离和自发极化的产生.在四方相Ba0. 8Sr0. 2TiO3 中, Ti离子沿[001]方向发生了8pm的偏心位移,从而表现出四方相BST的铁电性.     

钛酸锶钡精细结构的理论计算

在广义梯度近似(GGA)下,利用超软赝势平面波方法计算了不同Ba/Sr摩尔比BaxSr1-xTiO3(BST)的总能量,确定了BST的精细结构.结果表明,在钛酸锶晶体中,随着Ba的掺入,晶胞体积膨胀,c/a比值增大,有利于晶体结构中正负离子的分离和自发极化的产生.如在四方相Ba0.8Sr0.2TiO3中,Ti离子沿[001]方向发生了0.008 nm的偏心位移,从而表现出BST的铁电性.     

不同方法测铁电材料的居里温度

1铁电材料的居里温度及其特性 铁电材料的一些性质总是随温度的变化而变化,而且都有一个临界温度Tc,当超过临界温度时,晶体的分子结构发生变化,自发极化消失,没有铁电性,我们称这个点为居里点,这个温度为居里温度．     

电致伸缩效应及其应用

一、电致伸缩效应 电致伸缩(electrostriction)效应是一种机电耦合效应.它是指当外电场作用于电介质上时,所产生的应变正比于电场强度(或极化强度)的平方的现象.由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关,所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应. 由热力学唯象理论可知,对于晶格点群属于具有对称中心的材料,其应变x与极化强度P的关系为(无外应力时)即应变与极化强度的平方成正比.将x的两个脚标按惯例简化成一个,(1)式改写成 再规定 其中μ=4,5,6,分别对应于k,l的组合为23,13,12.这样,电致伸缩系数山山本来是sl个分量的四阶张量,简…     

硅材料场致等效二阶极化率张量的研究

具有反演对称中心的硅单晶在电场作用下体内的反演对称中心消失,因而理论上应产生偶数阶非线性极化率。从理论上根据矢量与张量的作用,利用(eχf2f)=χ(3).E这一关系和张量变换理论系统地阐述了硅材料在内建电场或外加电场的作用下,具体在方向分别沿[111][、110]和[001]的电场作用下,得到的等效二阶极化率张量(eχf2f)分别与C3v、C2v和C4v点群的二阶极化率张量具有相同的形式,说明在物理性质方面,硅的对称性由Oh群在相应方向电场作用下分别被降低为C3v、C2v和C4v群,因此应该具有相应对称性晶体的二阶非线性光学性质;提出了电场E沿任意方向时硅的等效二阶极化率张量e(χf2f)的计算方法,对研究硅材料和其他具有反演对称中心材料的场致二阶非线性光学性质实验具有指导意义。     

关于透明电介质晶体的非线性折射率

近年来,光学由线性现象扩展至非线性现象,高功率激光的发展,使很多非线性光学效应容易出现,激起人们对研究非线性光学和材料的非线性光学性质的广泛兴趣。目前关于非线性光学的理论日趋完善,但我们不能满足于一般地描述材料的诸非线性张量,应该深入地了解其机制以及诸非线性系数和材料的原子、分子结构以及其他物理化学性质的关联,这是为广泛地寻找许多新的光学材料的物理判据。 透明电介质晶体的宏观极化矢量P可以表示为 P=X(1)E+X(2) E2 + X(3)E3十…,(1)其中 X为各次极化张量,E 为电场强度。不存在对称中心的晶体皆具有二次(三阶)极…     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅰ)——利用氧八面体畸变模型计算BaTiO_3晶体电光及倍频系数

本文对钙钛矿型晶体的电光及倍频效应的机理提出了一个(MO_6)离子基团模型。并从(TiO_6)离子基团的准分子轨道及晶格场位能作用下的(TiO_6)离子基团的离子键轨道出发,利用ABDP理论,分别计算了BaTiO_3的各个电光及倍频系数。计算结果表明,在没有引入任何可调整参量的情况下,用(TiO_6)离子基团的晶格场理论所得到的电光及倍频系数的计算值和实验值符合得相当好,而准分子轨道对这些效应的贡献很小。由此得出三个结论:(1)BaTiO_3的电光及倍频效应主要由(TiO_6)氧八面体的畸变所产生,畸变越大,这些效应也越大;(2)当BaTiO_3处于铁电相时,由于晶体内自发极化的结果,产生一个强的奇次项晶格场,这是BaTiO_3具有大的电光及倍频效应的主要因素。而(TiO_6)离子基团的共价键成份,由于彼此间互相抵消,对这些效应贡献很小;(3)BaTiO_3的电光及倍频系数和它的自发极化P_s之间有一简单的线性关系。     

周期极化铌酸锂中通信波段纠缠双光子的波长管理方法

理论研究了周期极化铌酸锂晶体中通过自发参量下转换产生的纠缠双光子的波长管理方法.简并自发参量下转换产生的单色偏振纠缠双光子的波长,可以通过调整晶体的极化周期或工作温度自由地调节,特别是在加工好的晶体中极化周期是确定的,因而调整晶体的工作温度更加便捷.对于双色偏振纠缠双光子来说,不需改变入射的泵浦光以及晶体的极化结构,仅通过调节晶体的工作温度就可以实现o光光子和e光光子波长的严格交换.     

周期极化掺镁不同组分LiNbO3晶体的研究

利用气相平衡扩散法研制出掺镁不同组分的LiNbO3晶体 ,并对其极化特性进行了研究 .研究表明晶体的开关电场和自发极化不仅与晶体组分 [Li] [Nb]比有关而且与掺镁量有关 ,[Li] [Nb]比为 0 973掺入 2mol%MgO的近化学比LiNbO3晶体的开关电场仅为 1 8kV mm ,是同成分晶体的 1 12 ,且其极化结构的质量要远好于同成分LiNbO3晶体和近化学比LiNbO3晶体 .     

Ba0.5Sr0.5TiO3有序构型的第一性原理研究

采用第一性原理计算了Ba_0.5Sr_0.5TiO₃三种有序构型的晶格结构和对应的电子结构,晶格结构的详细分析结果表明BST{100}有序构型为四方相,Ti-O八面体中Ti原子和Ba-Sr平面上的O原子沿[100]方向分别偏心位移0.040 Å和0.065 Å,八面体畸变导致反平行自发极化出现,构型处于反铁电态. BST{110}构型也是四方相,并且(110)和(1 关键词： 钛酸锶钡 第一性原理 有序结构 铁电性     

四方相BaTiO3铁电性的第一性原理研究

在广义梯度近似下，利用超软赝势对立方相和四方相BaTiO3晶胞中Ti原子沿c轴位移时体系的能量、原子间电子云重叠布局数和各原子上的净电荷等进行了自洽计算.结果显示，当Ti原子沿c轴位移0012nm时，四方相BaTiO3体系能量最低，其自发极化强度为0261C/m2，该结果与实验数据相符合；同时表明，O原子的2p轨道和Ti原子的3d轨道的杂 化是BaTiO3晶体出现铁电性的重要原因. 关键词： 四方相BaTiO3 铁电性 位移 态密度     

集成多通道光子晶体的设计及初步实验制备

在Fabry-Perot滤光片的基础上,通过改变双通道和通带通道光子晶体中处于不同对称中心的两种缺陷层的厚度,可使相应的通道或者通带位置进行独立的移动.通过刻蚀或者补偿,使缺陷层的厚度分别在二个维度方向上发生变化,改变入射光束与光子晶体的相对位置,即可实现通道和通带通道可调谐二维光子晶体.32个通道光子晶体的初步实验结果证明了设计方案的可行性.     

Na1/2Bi1/2TiO3体系的电子结构与极化特性

采用自洽场离散变分X_α计算方法,研究了ABO₃型钙钛矿结构无铅压电陶瓷Na_1/2Bi_1/2TiO₃体系的电子结构,分析了A,B位元素取代对Na_1/2Bi_1/2TiO₃压电陶瓷极化性能的影响.结果表明:NBT体系压电陶瓷材料存在自发极化,B位离子位移使铁电性增强,Ba,Sr与Mn离子A,B位复合取代可降低矫顽场、提高自发极化强度,从而提高材料的铁电性能,并通过实验对此结论进行了验证.     

四方相BaTiO3铁电性的第一性原理研究

在广义梯度近似下,利用超软赝势对立方相和四方相BaTiO3晶胞中Ti原子沿c轴位移时体系的能量、原子间电子云重叠布局数和各原子上的净电荷等进行了自洽计算.结果显示,当Ti原子沿c轴位移0.012nm时,四方相BaTiO3体系能量最低,其自发极化强度为0.261C/m2,该结果与实验数据相符合;同时表明,O原子的2p轨道和Ti原子的3d轨道的杂化是BaTiO3晶体出现铁电性的重要原因.     

Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3五层超晶胞的顺电相和铁电相的电子结构.由态密度、电子密度和能带结构的计算结果发现顺电相下钛氧八面体Ti-O6和锆氧八面体Zr-O6在铁电相中分裂为由1个O1离子和4个O2离子组成的金字塔结构Ti-O5和Zr-O5;与顺电相相比,铁电相中钛离子的3d电子和氧离子的2p电子存在更强的轨道杂化,这种杂化降低了离子间的短程排斥力,使得具有铁电性的四方结构更为稳定,而且钛离子与氧离子的相互作用对于铁电相Pb(Zr0.4Ti0.6)O3沿c轴自发极化的贡献大于锆离子与氧离子的相互作用;由电子密度的分布可推断立方结构的Pb-O键呈现离子键特征,而铁电相下Pb-O键则有较大的共价成分,铅离子与氧离子的这种轨道杂化对Pb(Zr0.4Ti0.6)O3的铁电性起重要作用.所得结果对深入理解Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电性的微观机理具有参考价值.     

铁电材料与铁电物理的进展

自从1920年发现了酒石酸钾钠(罗息盐)的铁电性以来,迄今巳发现了超过一千种铁电体,其中一些已经对经济和技术的发展起到积极的作用[1].铁电体具有自发极化,而且在外加应力、电场(电磁波)或温度改变时,其自发极化大小也相应地变化,因此铁电体可以表现出具有力、声、光、热、电等交互响应的物理效应,从而成为高技术领域中制造多功能器件以及敏感元件的理想材料之一. 从铁电体研究的发展历程看,铁电体研究的特点有:(1)基础研究与固体物理发展密切相关.例如,铁电体相转变理论的研究正是从推广朗道的现代相变理论开始的,现今的重整化群理论也用来…     

铁电晶体铌酸钾

1949年,美国贝尔实验室的B.T.Mat-thias首次报道铌酸钾(KNbO3,以下简称KN)是一种铁电体[1].当时正值铁电物理学兴起之时,已发现罗息盐、磷酸二氢钾、钛酸钡等几种晶体具有铁电性.Matthias根据KN与钛酸钡在晶体结构上的相似性,推断KN也应具有铁电性.为了证实这一点,他试图按1877年法国人Joly报道的方法,用CaF2作助熔剂来生长KN[2],但重复多次未成功.后来他改用熔点较低的钾盐(KF,KCl)作助熔剂,得到了边长为1-2mm的透明多畴立方晶体.用这些小晶体作介电性质测量,Matthias观察到了铁电居里转变点,证实了他的推测.这一发现推动了KN晶…