一般电介质只有在电场的作用下才会出现极化,如果电介质中存在自发极化,而且自发极化可在电场作用下转向,这类电介质就是铁电体。自1921年在罗息盐中第一次发现铁电现象以来,经过数十年的研究发展,,铁电材料由于其在非易失性铁电随机存储器,动态随机存储器,传感器,以及微型激励器等诸多领域的广泛应用,激发了各国科学家们的极大研究兴趣。
对于铁电性来说,存在自发极化并不是充分条件。一个铁电体必须有这样的特性,即铁电体在不加外场的条件下,其自发极化矢量必须有两个平衡取向,当叠加一个外电场是时自发极化可以在这些平衡取向上自由转换。这些取向状态的极化特性代表了一种在零场状态下的绝对稳定的构型.图1.1是典型铁电材料的电滞回线,他代表了铁电材料中的极化转变过程。如图所示,表征铁电材料的铁电属性几个基本参量都可以从曲线中得到。所以电滞回线是表铁电材料铁电性能的最重要的参考数据之一。
极化是一种极性矢量,自发极化出现在铁电晶体中造成了一个特殊的方向,每个晶胞中原子的构型使得正负电荷重心沿该方向发生相对移动,形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性,一端为正,另一端为负。因此这个方向与晶体其他任何方向都不是对称等效的称为特殊极化方向,换而言之,特殊极化方向是晶体所属点阵的任何对称操作下都保持不变的方向,显然这对晶体的点群对称性施加了限制。
图3-1典型的电滞回线示意图
自发极化是铁电物理学研究的核心问题,因为对于对于自发极化产生机制的研究催生了铁电相变理论,而对于极化状态岁各种外界条件的变化,即铁电各种功能效应的研究,导致大量各种类型的铁电材料的发现及其在工程技术方面的重要应用。而以上两个方面的研究则构成了当代铁电物理学的两个重要研究内容。
随着铁电研究的日趋成熟,各种新型的铁电材料不断涌现,自1950年以来,发现的铁电体数目急剧增加,现在已知的铁电体已达200多种。而所有的铁电材料中,钙钛矿结构铁电体是研究最多,应用最广泛的铁电材料。