固體中的介電弛豫.pdf

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1、固體中的介電弛豫固體中的介電弛豫———第4，第5章òòDielectricRelaxationinSolids,A.K.DielectricRelaxationinSolids,A.K.JonscherJonscheròChapter4,Chapter4,““TheDynamicResponseofTheDynamicResponseofIdealisedIdealisedPhysicalModelsPhysicalModels””òChapter5,Chapter5,““ExprimentalExprimentalEvidenceo

2、ntheFrequencyEvidenceontheFrequencyResponseResponse””張冶文同濟大學(xué)物理系玻耳固體物理研究所同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1/47òò感謝電介質(zhì)物理專委會讓我有機會仔細地重感謝電介質(zhì)物理專委會讓我有機會仔細地重溫這本書，大約在溫這本書，大約在8787--8888年曾經(jīng)瀏覽過。年曾經(jīng)瀏覽過。òò很不容易在一個小時之內(nèi)講完成這二章的內(nèi)很不容易在一個小時之內(nèi)講完成這二章的內(nèi)容，只能是粗略地討論交流，談?wù)勎易约旱娜荩荒苁谴致缘赜懻摻涣?，談?wù)勎易约旱睦斫馀c體會。假設(shè)各位都已經(jīng)具備電介質(zhì)物理解與體

3、會。假設(shè)各位都已經(jīng)具備電介質(zhì)物理的基礎(chǔ)知識。理的基礎(chǔ)知識。òò該書的描述方式與我們通常的電介質(zhì)物理的該書的描述方式與我們通常的電介質(zhì)物理的體系不相同，與我們的理解習(xí)慣也不一樣，體系不相同，與我們的理解習(xí)慣也不一樣，但自成體系，很有特點，很有價值。但自成體系，很有特點，很有價值。òFischerFischer，費舍爾，菲舍爾，費舍爾，菲舍爾，（前德國外長，奧地利總統(tǒng)，諾貝爾化學(xué)獎得主，影星，音樂家，國際象棋棋手等多人；一種測厚儀品牌）2/47第第44章章理想物理模型的動態(tài)響應(yīng)理想物理模型的動態(tài)響應(yīng)ò與通常的習(xí)慣不同，作者是以簡諧振子模型

4、為基與通常的習(xí)慣不同，作者是以簡諧振子模型為基礎(chǔ)，從中導(dǎo)出各種物理狀況下的極化模型，如偶礎(chǔ)，從中導(dǎo)出各種物理狀況下的極化模型，如偶極子極化模型（原始的德拜模型），離子躍遷極極子極化模型（原始的德拜模型），離子躍遷極化模型等?；Ｐ偷?。ò很有特點的是，作者討論了與介電過程相關(guān)的半很有特點的是，作者討論了與介電過程相關(guān)的半導(dǎo)體現(xiàn)象，如肖特基勢壘（這通常是僅作為電導(dǎo)導(dǎo)體現(xiàn)象，如肖特基勢壘（這通常是僅作為電導(dǎo)與擊穿模型討論的），如與擊穿模型討論的），如pp--nn結(jié)，如產(chǎn)生－復(fù)合過結(jié)，如產(chǎn)生－復(fù)合過程，這些通常是不與極化結(jié)合討論的。程，這些通

5、常是不與極化結(jié)合討論的。ò這樣的擴散模型僅僅用單粒子模型是不夠的，因這樣的擴散模型僅僅用單粒子模型是不夠的，因而已經(jīng)涉及到了多粒子協(xié)作系統(tǒng)。而已經(jīng)涉及到了多粒子協(xié)作系統(tǒng)。3/474.24.2諧振子諧振子ò質(zhì)量為質(zhì)量為mm，電荷量為，電荷量為--ee的質(zhì)點，恢復(fù)力彈性系數(shù)的質(zhì)點，恢復(fù)力彈性系數(shù)λλ，阻尼系數(shù)，阻尼系數(shù)msms，外加電場，外加電場Eexp(iEexp(iωωtt))，則運動方程，則運動方程為：為：2dydymm++syλ=?eEiexp(ωt)2dtdtò解這個方程，在振子之間無相互作用的情況下，解這個方程，在振子之間無相

6、互作用的情況下，極化強度極化強度P=P=--eNyeNy，，P=P=εε0χχEE，復(fù)極化率，復(fù)極化率χ&&=εr?1可以寫為：可以寫為：4/47?p即等離子振蕩頻率，即自由電子氣的固有頻率。（光頻，金屬的介電常數(shù)問題）而?為無阻尼情況下的諧振子固有頻率。5/47ò縱坐標(biāo)較為特殊；ò上升段，慣性不起主要作用，此時是弛豫而不是諧振；ò下降段，反常色散，諧振極化；ò負值，表示反相位移，振子的慣性作用，等效于負質(zhì)量；ò表示可以有負的ε；rò不同的k值，表示不同的阻尼系數(shù)，大阻尼時就不存在反常色散。6/47ò當(dāng)驅(qū)動場不是簡諧力，而是沖激函數(shù)激

7、勵時，就不能得到穩(wěn)態(tài)解，而是時間解。ò這也就是介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)。ò頻域－時域響應(yīng)的關(guān)系，傳里葉變換，實部與虛部構(gòu)成希爾伯特對。ò隨時間t的初始上升體現(xiàn)為質(zhì)量效應(yīng)，而后，體現(xiàn)為恢復(fù)力和阻尼的作用。等效電路：質(zhì)量——電感阻尼——電阻或者電導(dǎo)慣性力——電容機械位移——電荷7/47KClKCl在在7K7K時的時的THzTHz范圍的復(fù)介電系數(shù)范圍的復(fù)介電系數(shù)òTHz，紅外與微波重疊的波段，離子位移極化的例子；ò用邁克爾遜干涉儀測量；òLO模，（縱向光學(xué)模，質(zhì)點運動沿平衡位置的連線）TO模，（橫向光學(xué)模，質(zhì)點運動垂直于平衡位置連線）ò電磁波是橫波，所

8、以TO模的作用效果明顯；ò由復(fù)折射率的測量得出復(fù)介電系數(shù)8/47阻尼諧振子的極化率復(fù)平面阻尼諧振子的極化率復(fù)平面ò類似于類似于ColeCole--ColeCole圖圖的意義與作用，的意義與作用，òk=0.1k=0.1時，