第七章 固体的介电性.pptVIP

其解为 根据一级相变的特征，有 即得 所以得 居里点为 * * * * 对于一级相变过程，在E=0情况下，当T Tc 即顺电相时，P=0仍是它的一个解，且仍要求F2 0。 当TTc处于铁电相时，虽然P=0仍是自由能的一个极小值，但比另一个极小值P=Ps的数值大，如图所示。 （2）一级相变(钛酸钡) 因此，在相变温度以下，达到热平衡时，铁电体应具有非零的自发极化强度。 显然，对于一级相变的情况，需满足要求 O Ps P F 根据一级相变的特征，在T = Tc 时，顺铁相与铁电相共存，即P=0和P=Ps 对应着自由能相等的两个极小值。 所以有 即 由上述各式，可得 O Ps P F 根据上述讨论可知，一级相变中，自发极化强度在T＝Tc时，存在有一个突变，它并不连续地趋近于零。 根据实验可知，铁电体处于顺电相时，上式满足居里—外斯定律，因此可得 式中T0是小于Tc的一个特征温度。 介质处于顺铁相时，在通常电场强度下，极化强度均不大，因此可以忽略平衡条件中三次幂以上的项。即得 7.7.1 元激发 固体物理学研究的问题概括成两个方面: b. 与系统的激发态有关的, 为描述系统的具体物理行为,了解激发态更为重要, 如固体的热学性质和弹性取决于原子偏离平衡位置的微小振动; 金属、半导体的导电行为取决于少量电子的激发等。 a.与系统的基态有关的(T=0K时的状态), 如晶体的结构、结合能、磁有序结构等; §7.7固体的元激发(极化子) 元激发的概念就是在研究固体物理中能量靠近基态的低激发态的过程中逐渐引入的. 能量靠近基态的激发态与其他激发态相比较, 情况较为简单, 这种低激发态往往可以看成是一些独立的基本激发单元的集合, 称为元激发, 有时也称准粒子. 它们具有确定的能量, 有时还有确定的准动量 元激发概念的引入, 可以使一个复杂的多体系统简化成接近于理想气体的准粒子系统, 把在研究粒子物理过程中发展起来的场论方法, 应用到固体物理的多体系统. 元激发大体上分为两类: 集体激发的准粒子; 单粒子激发的准粒子 晶格振动的格波是最典型的集体激发的例子, 其准粒子称为声子, 可以用声子的“语言”讨论与晶格振动有关的物理问题, 如晶格比热、晶格热导等 自旋波是另一个典型的集体激发的例子, 其准粒子称为磁振子。由于原子之间的相互耦合, 自旋的反转在晶体内传播形成自旋波。 把这个磁系统的低激发态看成准粒子——磁振子气体, 它遵从玻色统计。 T≠0K 时, 占据在 kkF 状态的称为电子, kkF 空的状态称为空穴, 整个激发能可以写成所有电子能量与空穴能量之和。 把基态看成没有元激发的真空状态, 并取为能量零点, 则 E-E0 即为激发态的能量 在这里电子和空穴都是单粒子元激发, 也称准粒子。金属中电子系统的激发态可看成是电子、空穴准粒子的集合 从金属中的电子来了解单粒子的元激发 元激发的概念广泛应用在固体物理的各个领域 半导体中电子从价带激发到导带, 形成电子－空穴对, 是一种费米型元激发; 电子与空穴在库仑作用下形成激子, 是玻色型元激发; 离子晶体中长光学波与光波耦合形成的极化激元; 超导体中电子之间通过交换虚声子形成库珀对; 以及库珀对吸收能量变成两个独立的正常电子。 低浓度下, 元激发的集合可看成无相互作用的理想气体, 但在 高浓度下就必须考虑元激发之间的相互作用。 在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。 在物理上有两种类型：一种是弗仑克尔激子，它是一种其激发仅定域在分子内部或分子附近的紧束缚激子，故也称为小激子；另一种是Wannier激子，它可以在多个分子间离域，其电子和空穴之间的库仑作用由于距离较远而很弱，故也称为大激子。对于具有弱的相互作用的有机半导体，处于激发态的电子和空穴的相互作用大都属于弗仑克尔激子。 激子 激子和激子作用 如：三重态激子在一定条件下可发生相互淬灭 (triplet-triplet annihilation, TTA)并产生单重态激子, 该单重态激子可以发射光子弛豫到基态, 从而形成滞后的电致发光。 3P* + 3F* →1P + 1F* 其中*代表激发态，上标1，3 分别代表单重态和三重态，F为荧光分子，P为磷光分子. 又如：在低温下利用高强度激光的照射, 可以在锗晶体中产生高浓度的激子, 首先