介电响应的本质和类型
来源:Partulab | 作者:编辑部 | 发布时间: 2017-03-29 | 1718 次浏览 | 分享到:

一般的,介电常数随电场的电磁波频率的变化而变化,在电介质物理学领域这种现象通称为介电色散或介电分散。即电磁场与物质内部的电荷相互作用而产生的介电极化响应。

该响应会因极化机制起源于电子位移或离子位移,以及永久偶极子的取向或空间电荷在相界面的积聚而出现在不同的频率范围,并因此可以分为共振型响应和弛豫型响应两种。

对电子极化和离子极化,电场试图改变原子或晶体中电荷之间的距离,而对电场的响应则是存在一个正比于两个分离电荷之间距离的恢复力,该恢复力将试图缩小因电场作用而产生的位移(电子云中心相对于原子核的位移,以及晶体中正、负离子相对于各自平衡位置的位移),用机械模拟的上面两种情况可以近似看成一种存在线性弹性力的谐振子体系。

电磁场频率与原子的内层电子共振频率作用的结果将会在大约10-14~10-16Hz的紫外可见范围产生极化响应;而当电磁场频率低于上面的频率范围时,电磁场与晶体内电荷作用结果将在原子振动约为10-11~10-13Hz的频率范围产生极化响应,因此两者都属于共振型极化。

而在取向极化中,不存在“拉”偶极子回到原任意取向位置的直线的机械力,即不存在弹性的恢复力,而是存在一黏滞性的摩擦阻力。这种情况是以统计平均结果对电场作用的响应为考虑出发点的。换句话说,如果电场力存在,就存在一个具有平均净偶极矩的平衡状态,如果突然施加或切断电场力,偶极子整体将在某个特征时间(称为弛豫时间)内采取一个新的任意分布的平衡状态。

这个过程没有共振现象,其特征是以新平衡态建立的时间代替了共振频率的弛豫时间。这种非共振型极化响应出现在微波和微波以下的射频和音频范围,非均匀介质中相界面的积聚电荷在交流电场作用下,电场强度重新分布的过程或视为宏观偶极子的重新取向过程也属于这种弛豫型极化响应。