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鐵電性是材料科學里面的一個常見的概念，它是指在一些電介質晶體中，晶胞的結構使正負電荷中心不重合而出現電偶極矩，產生不等于零的電極化強度，使晶體具有自發極化，且電偶極矩方向可以因外電場而改變，呈現出類似于鐵磁體的特點，晶體的這種性質叫鐵電性。什么是自發極化呢？每個晶胞中原子的構型使正負電荷重心沿該方向發生相對位移從而使得晶體的單位晶胞內正負電荷中心不重合，形成偶極矩，從而會呈現出極性。而晶體構造的周期性和重復性，晶胞的固有電矩便會沿著同一方向排列整齊，使得晶體處于高度的極化狀態，由于這種極化狀態是在外電場為零時自發地建立起來的，因此稱為自發極化。鐵電性由法國的Valasek于1920年在羅息鹽晶體中被發現。從那時起，許多有機和無機鐵電材料被陸續發現[1]。
鐵電材料具有自發極化，并且在外加電場作用下能夠誘導極化翻轉的特性。鐵電材料是指具有鐵電效應的一類材料，由于其往往具有鐵電特性、壓電特性、電光特性，所以鐵電材料的應用研究已經成為了學術界和工業界的研究熱點。松山湖材料實驗材料制備與表征平臺經過多年的建設發展，具有多款儀器可用于表征證明材料的鐵電特性。有鐵電分析儀(TF analyzer)、半導體參數分析儀(Keysight B1500)和壓力電力顯微鏡(PFM)、掃描阻抗顯微鏡(SCM)、導電原子力顯微鏡(C-AFM)等。小編將結合研究論文逐步介紹其在鐵電材料表征的具體運用。
儀器介紹：北京華測試驗儀器公司生產的TF 3000鐵電分析儀是一款可表征鐵電薄膜材料和塊體、壓電塊體材料的各類參數測量儀器。該儀器為模塊化設計，不同的模塊對應不同的點特性測試方式。鐵電分析儀具有動態電滯回線(Dynamic Hysteresis)；脈沖測試(PUND)；疲勞測Fatigue試(FM)；保持力Retention (RM)；漏電流測試Leakage current (LM)、電致應變測試(d33)等多種功能。
鐵電表征原理：鐵電分析儀是一款專業用于分析表征鐵電材料特性的儀器，其通過對試樣表面施加階躍電壓時的電流、電容、電荷響應獲取到材料的極化強度等參量，進而獲取到鐵電材料動態電滯回線(Dynamic Hysteresis) 。
鐵電材料的電滯回線表征其在外加電場作用下，極化強度P與電場E的非線性關系。如圖1所示，隨著電場增大，極化強度P沿曲線OA非線性增大。電場繼續增大，極化強度P沿曲線BC緩慢變化并趨于飽和。BC的切線與P軸的交點即為飽和極化強度，也是無電場下的自發極化強度，記為Ps。當電場撤去后，極化P不會沿原來的曲線減小為0，而是保持一個極化量，稱為剩余極化強度Pc。要使極化減小為0，則需要增加一個反向電場，此時的電場強度稱為矯頑電場Ec。繼續增大反向電場，極化反向并增大至趨于飽和，如此循環便得到電滯回線。電滯回線是鐵電體一個非常重要的特征，對它進行測定，可以得到鐵電體自發極化強度Ps、剩余極化強度Pc、矯頑電場Ec等重要的參數。
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