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序言近年来，随着新型材料的呈现，我们可以用更大略的话来说，不同领域的新设备都开始依赖于这些多功能前辈材料。这些材料的研究范围从各种不同的学科，比如交叉学科、纳米技能、材料科学、物理生物等，都迅速扩展起来。
早在良久以前，就有人开始构思和制造与电子、自旋电子学以及磁电有关的新奇多功能材料的观点。铁电材料便是个中一个分外的例子，在这些材料中，通过电场和磁场的相互浸染，可以调控电荷和其他基本材料特性，使其在未来的电子学、光子学、光电子学和自旋电子学等领域的器件中有着广阔的运用前景。这些想法最早可以追溯到麦克斯韦和居里的研究。
铁电体是一种分外的材料，它可以保持稳定的极化状态，就像是材料内部的一个眇小电荷分布。与铁电材料有关的还有一个叫做磁滞效应的征象，就彷佛材料在磁场中的相应不是那么快速和平滑的。铁电材料有一种很有趣的特点，便是它们的电、热、力学性能之间可以发生各种不同类型的相互浸染，这让它们可以有很多不同的功能。这些铁电材料的行为和性能会随着温度、电场、压力、形变等成分的变革而变革。由于这些特点，铁电材料在不同的设备中可以有很多不同的用场和运用。
构造各向异性和畸变不同的离子在晶格里的位置会导致铁电材料具有构造上的不同方向性，就像是晶体内部的建筑布局。有些时候，由于某些带电离子霸占了特定的位置，晶体会发生扭曲，这种畸变会引发铁电性子。在一些情形下，这些材料在呈现磁有序状态的同时也会具备铁电性子。
铁电材料有很多种类，紧张分为四种紧张类型，当然还有其他类型。个中一种是通过稠浊钙钛矿构造形成的铁电性，还有一种是由伶仃的电子轨道有序排列形成的铁电性，另一种是由电荷有序排列决定的铁电性，末了一种是通过原子的排列办法决定的铁电性。这些不同类型的铁电材料在性子和机理上有所不同，但都呈现出分外的电性。
铁电材料面临的紧张寻衅
为了让这些分外材料在实际运用中发挥浸染，我们须要通过掌握它们的状态来达到特定的目的。这种掌握可以通过改变材料的相位，或者通过调度所谓的“领域”来实现。研究文献中表明，人们提出了一些理论和模型，以实现磁致铁电，也便是通过掌握材料中的自旋来达到铁电效应。有时，自旋与轨道的相互浸染对付这种效应非常主要。
在一些情形下，自旋与轨道的相互浸染可能并不是必需的。有些铁电材料的眇小变形会导致一小部分磁性，这对付制作自旋电子器件非常有用。长期以来，人们一贯在研究铁电材料，但关于自发极化的详细性子以及如何在某些铁电材料中运用它的代价仍旧存在争议。还有一些铁电材料的铁电相变机制不太清楚，并且我们对它们的性子理解不敷。因此为了知足时期的需求，研究和开拓新型的铁电材料变得非常主要。
铁电材料的运用
铁电材料有很有趣的性子，可以被用来设计和制造各种不同类型的装置。这些材料在信息存储、自旋电子、打算、通信、存储器、驱动器、电机和传感器等方面有广泛的运用。铁电材料还可以用作绝缘体，在工业中也可以作为半导体工艺的一部分来整合利用。近年来，人们已经成功地将铁电材料运用于集成电路中，这引起了人们对开拓具有不同功能的新型铁电材料的浓厚兴趣。这些新材料可以办理与运用干系的各种问题。虽然已经取得了很多进展，但是铁电材料仍旧有许多未来的运用机会等待开拓。
近年来，在固体物理和材料科学领域，研究电介质、铁电体、传感器、偶极玻璃以及复合股料成为了热门话题。这些研究揭示了分子之间和分子内的相互浸染，也鼓励了我们在当代技能中更多地运用这些材料。
电介质就像是电的绝缘体，或者说是不太好导电的材料。在这些材料中，一旦形成静电场，它会持续存在很永劫光。虽然这些材料没有自由电子，但一旦施加电场，它们的行为就会改变。它们可以在电场的浸染下发生极化，就彷佛是内部的眇小电荷在电场中移动。
电介质材料可以分成两大类：第一类是非铁电材料，也叫做正常电介质或顺电材料；第二类是铁电材料。非铁电材料可以根据它们普遍的极化机制分成三类：非极性电介质、极性介电介质和偶极电介质。非极性电介质由一种类型的原子构成。这些材料在外部电场中由于电荷在原子核周围的位置相对移动而发生极化。而极性电介质则是由没有永久偶极矩的分子构成的，而偶极电介质则是指分子具有永久偶极矩的材料。
铁电材料是一种分外的电介质，它有一个独特的能力：可以在外部施加力或电场的浸染下，实现自发极化的反转，就彷佛它有一个眇小的内部电荷。这种自发极化的征象在一定的温度范围内会持续发生。在超过一个特定的温度，也便是居里温度或转变温度之后，这种自发极化特性就会消逝，物质会变成顺电材料，也便是失落去了分外的电性子。
这种相变，也便是从铁电相向顺电相的转变，与物质的很多物理性子涌现非常行为以及晶体构造从大略变成繁芜有关。电偶极子的排列可能只在晶体的某些区域存在，而在其他区域，自发极化的方向可能相反。这种具有均匀极化的区域被称为“磁畴”，这个词是从铁磁性材料中借用的。如果我们首先施加一个较小的均匀电场，我们会在材料中产生均匀的极化，由于这个电场不敷以改变任何区域中极化方向的不利情形。这让晶体表现出正常的电介质特性。
有些材料可以是压电材料，也可以是热释电材料，还可以是铁电材料，但条件是这些材料的晶体构造必须是不对称的，便是说没有反转中央。诺依曼的一个基本事理是，晶体所表现出的任何物理性子都必须至少具备晶体的点群对称性。因此，这种固有的不对称性只能在非对称的晶体中涌现。
所有的晶体构造可以分为32种不同的类型。在这32种晶体学点群中，有11种具有中央对称性，剩下21种则是非中央对称的。这21种点群中有一个点群有反转中央，使得它失落去了非中央对称性，剩下的20种非中央对称点群都有不对称性。
这20种晶体种别都是压电晶体。当这些非中央对称的晶体受到机器应力时，晶体内的离子会以不对称的办法相互移动，从而使晶体发生极化。这便是压电效应。压电效应的逆过程也被不雅观察到，即施加电场导致晶体发生形变，膨胀或紧缩，取决于电场的方向，这种效应常日用于将电能转化为机器能，或者反过来。
石英便是一个范例的压电材料，也是传感器中常用的材料之一。在这20种压电晶体种别中，有10种具有独特的极轴，这意味着纵然没有外加电场的情形下，它们也会产生自发的电极化。如果压电材料还表现出自发极化随温度变革的特性，这便是热释电效应。热释电材料的尺寸会随温度变革而改变，从而影响晶格的形态，这也会导致电极化的变革。
热释电材料中的一个大略例子是纤锌矿。在一些热释电材料中，外加电场可以逆转材料的自发极化，这会形成一个介电滞回线。这类材料被称为铁电材料，而逆转极性的征象叫做铁电效应。值得把稳的是，压电和热释电都是材料固有的特性，而铁电性则是外加电场浸染下热释电材料涌现的效应。这些材料的特性取决于它们的晶体构造，而铁电效应的涌现可以通过对称性来阐明。铁电效应可以通过极化突变或者横向光学声子模来发生。
压电及热释电材料的分类图中显示了电介质材料，这是一种电的绝缘体，可以在外部电场的浸染下变得有电性。这些介电材料的一个特色是它们的介电常数，这个常数描述了材料对外部电场极化的程度。有一组材料被称为压电材料，它们会由于外部施加的电场引起应变或应力的变革，或者由于机器勉励而发生极化变革。另一组材料被称为热电材料，它们在温度变革下会涌现极化的变革，也便是说它们会由于温度变革而产生电性。而铁电材料则有一些分外，它们同时具备了热释电和压电的性能，也便是说它们在热和压力浸染下都会表现出电性变革。这便是这些材料之间的关系。
铁电征象是指一种材料在某个温度以下，会自发地呈现出极化状态，但在超过特定温度，称为居里温度或跃迁温度后，这种极化状态会消逝。在这个温度下，晶体会从极性状态转变为非极性状态。铁电材料有三个紧张的特点：可逆的极化征象，在某些特性上呈现出反常的行为，和非线性特性。在超过转变温度后，晶体被称为顺电态，这个词类似于顺磁性。与此同时，材料的介电常数常日会急剧低落，这意味着材料的电性会随着温度的升高而改变。在铁电学中，居里点以上介电常数的温度依赖性可以通过居里-魏斯定律来描述。
铁电相变相变是一个热力学系统从一种物质的状态或形态转变成另一种状态或形态的过程。这是一个群体行为，关键的特色取决于一些关键参数，而且在很多系统中都普遍存在。当一个物质经历相变时，它的某些性子会由于外部条件的影响而发生改变，比如温度、压力等，而这种改变常日是溘然的。相变还涉及到一些关于对称性的变革。
根据专家的不雅观点，相变可以分为两种类型，分别叫做一级相变和二级相变，这取决于相变是溘然变革还是连续变革。他根据热力学中的吉布斯自由能以及其他热力学变量的行为来对相变进行分类。在这个分类中，一级相变是指吉布斯自由能的一阶导数在相变点上涌现不连续的征象。而二级相变是指在一阶导数中是连续的，但在吉布斯自由能对某个热力学变量的二阶导数中会涌现不连续的情形。
在一级相变中，物质的体积、熵和极化等性子会在相变点溘然发生变革。而在二级相变点，比热是溘然变革的，但体积、熵和极化会连续变革。在一级相变中，能量以潜热的形式在一个非常窄的温度范围内开释或接管。而在二级相变过程中，没有潜热的开释，但热膨胀系数在有限的温度区间内表现出非常分外的行为。总之相变便是物质在不同条件下从一种状态转变为另一种状态的过程，而一级和二级相变则是根据变革的特性来分类这些过程。
极化强度的意思是每个单位体积的电介质材料中的电偶极矩。自发极化是在电介质内部由于材料自身的性子发生的极化，不受外界成分的影响。铁电晶体常日由一些叫做均匀极化区域的区域组成，在每个区域里，极化方向都是一样的，但在相邻区域里，极化方向不同。因此，当没有电场浸染时，全体样品的净极化是零。
然而，当施加电场时，极化会随着电场的变革而变革。这个变革常日不是大略的线性关系，而是呈现出一个闭合的曲线，我们称之为极化的滞后环。这就像是一个材料在电场的浸染下不同步地相应。如果开始时电场是零，那么在一个单一区域的样本中，自发极化的方向可能是正的或者负的。
结语
然后随着施加的电场逐渐增强在自发极化方向上，极化也会逐渐增加。这是由于电子、离子和分子的运动被引发，产生了更多的极化。随着电场的进一步增加，越来越多的区域会沿着电场的方向旋转。极化会随着电场的增大而增加，直到达到一个最大值，我们称之为饱和值。总之极化强度表示了材料中电偶极矩的大小，自发极化是材料自身的极化征象，而在电场浸染下，极化会随着电场的变革而变革，呈现出一种非线性的行为。
