熱釋電與鐵電性能的自發極化及其微觀機制

         在晶體中，如果晶胞中由于晶格結構對稱性原因使正負電荷中心不相重合，即每一個晶胞具有一定的固有偶極矩時，由于晶體構造的周期性和重復性，晶胞的固有偶極矩便會沿同一方向排列整齊，使晶體處于高度極化狀態下。這種極化狀態是在外電場為零時自發產生的，因而稱為自發極化。具有自發極化的晶體必然是個帶電體，在晶體內外空間建立電場，其電場強度取決于自發極化強度。

      非極性晶體從彈性能的角度考慮是穩定的，那么為什么其中會出現陰、陽離子的位移從而出現自發極化呢?其原因可以簡單地闡述如下。假設偶極子起源于電荷為q的一種A離子在晶格中的位移，則極化起因于晶格中的A離子作了相同的位移，這就導致了對于任何一個單個的A離子，即使無外場作用，也總有來自周圍極化P所產生的局部電場作用其上。局部電場形成的基本原理示于下圖，其大小可用下式計算

       這里需要指出，用實驗方法很難發現具有自發極化的晶體所帶電荷，這是因為自發極化建立的電場吸引了晶體內部和外都空間的異號自由電荷，在晶體表面形成一個表面電荷層，結果自發極化建立的表面束縛電荷被吸引來的表面自由電荷所屏蔽。但是，改變溫度或者施加應力產生變形時，由于離子間距和鍵角發生變化，自發極化強度也將發生變化。這時被自發極化束縛在表面的自由電荷層就有一部分可以恢復自由而釋放出來，使晶體呈現出帶電狀態或在閉合電路中產生電流。這就是熱釋電效應和壓電效應。