電介質(zhì)物理_徐卓、李盛濤_第一講前言

1、電介質(zhì)物理概論概論 電介質(zhì)：在電場作用下，束縛電荷起主要作用的物質(zhì)，稱電介質(zhì)。電介質(zhì)的特征是以正負電荷重心不重合的電極化方式傳遞、存儲或記錄電的作用和影響。 電介質(zhì)物理研究對象：研究電介質(zhì)內(nèi)部束縛電荷在電場（包括電頻電場和光頻電場）作用下的電極化過程；闡明其電極化規(guī)律與介質(zhì)結構的關系；揭示其宏觀介電性質(zhì)的微觀機制，進而發(fā)展電介質(zhì)的效用。 概論 電介質(zhì)的分類：電介質(zhì)可以是氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，分布極廣。電介質(zhì)不必一定是絕緣體，但絕緣體是典型的電介質(zhì)。廣義上說，電介質(zhì)不僅包括絕緣材料，而且還包括多種功能材料。一般把電介質(zhì)分成了兩大類：極性電介質(zhì) 非極性（中性）電介質(zhì)。由極性分子組成由非極性分子組成概論

2、 影響電介質(zhì)分子極性大小的因素： 分子化學結構，分子結構對稱，分子正電荷重心和負電荷重心均與其對稱中心相重合，則分子為非極性的，反之分子結構不對稱，則分子為極性的。 原子的正負性（表示元素原子在分子中吸收電子的能力，它等于原子的電離能和電子親合能之和） 原子在分子中的排列相對位置。 概論 電介質(zhì)物理的基本研究課題電介質(zhì)的極化和弛豫 電極化過程與物質(zhì)結構密切相關，電介質(zhì)物理學的發(fā)展總是與物質(zhì)結構的研究相呼應，電極化的三個過程： 原子核外電子云的畸變極化，即電子位移極化；分子中正負離子的相對位移極化，即離子位移極化；分子固有電矩的轉向極化。概論介質(zhì)的相對介電常數(shù)是綜合地反映這三種微觀過程的宏觀物理

3、量，它是頻率的函數(shù)；只當頻率為零或頻率很低（例如1KHZ）時，三種微觀過程都參與作用，此時介電常數(shù)為：(0)隨著頻率的增加，分子固有電矩的轉向極化逐漸落后于外場的變化，介電常數(shù)取復數(shù)形式： )()()(i實部 隨頻率的增加而下降 ；虛部 代表介質(zhì)的損耗，虛部出現(xiàn)峰值，這種變化規(guī)律稱弛豫型；介電常數(shù)隨頻率變化的現(xiàn)象稱色散現(xiàn)象；偶極子轉向極化在電頻范圍的色散現(xiàn)象屬于弛豫色散，這是由于分子間相互碰撞或周圍分子的束縛作用而引起的； 紅外區(qū) ： 先突然增加，隨即徒然下降，同時 又出現(xiàn)峰值；可見光區(qū)以至到紫外區(qū) ：實部取最小值，稱光頻介電常數(shù)。)()()()(概論Dielectric loss of Gl

4、ycerol (From Hofmann et al 1994)(Sr1-1.5xBix)TiO3Courtesy: Chen Ang, Physical Rev. B, V61, No. 2, p. 957, 2000在某些光頻頻率附近，實部先突然增加隨即徒然下降，下降部分稱反常色散，與此同時，虛部出現(xiàn)強烈的吸收，有很大的峰值，這對應于電子躍遷的共振吸收；根據(jù)電磁波理論，介質(zhì)對光的折射率n的平方等于相對介電常數(shù)，在極高的光頻電場作用下，只有電子過程才起作用。 共振型吸收曲線的線寬也反映了一定的弛豫過程，弛豫過程決定于微觀粒子間的相互作用，當相互作用很強時，色散曲線和吸收曲線過渡到極端的弛豫型。2n概論 研究電極化和弛豫是電介質(zhì)物理的基本課題，涉及電荷的分布，起伏，帶電粒子間的相互作用固在電介質(zhì)物理研究中：一方面需很好的實驗手