电介质物理_徐卓、李盛涛_前言-第一讲[国家精品课程]
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于微观粒子间的相互作用，当相互作用很强时，色散曲线和吸收 曲线过渡到极端的弛豫型。
n
2
概论
• 研究电极化和弛豫是电介质物理的基本课题，涉及电 荷的分布，起伏，带电粒子间的相互作用
固在电介质物理研究中：
一方面需很好的实验手段； 一方面要求具备优良的理论武器：电动力学、量子力
学、热力学和统计物理始终是研究和探讨本学科必不
1. 原子核外电子云的畸变极化，即电子位移极化； 2. 分子中正负离子的相对位移极化，即离子位移极化； 3. 分子固有电矩的转向极化。
概论
• 介质的相对介电常数ε是综合地反映这三种微观过程的宏观物理量， 它是频率ω的函数； • 只当频率为零或频率很低（例如1KHZ）时，三种微观过程都参 与作用，此时介电常数为：ε(0) • 随着频率的增加，分子固有电矩的转向极化逐渐落后于外场的变 化，介电常数取复数形式：
1. 分子化学结构，分子结构对称，分子正电荷重心和
负电荷重心均与其对称中心相重合，则分子为非极
性的，反之分子结构不对称，则分子为极性的。 2. 原子的正负性（表示元素原子在分子中吸收电子的
能力，它等于原子的电离能和电子亲合能之和）
3. 原子在分子中的排列研究课题——电介质的极化和弛豫 • 电极化过程与物质结构密切相关，电介质物理学的发 展总是与物质结构的研究相呼应，电极化的三个过程：
概论
• 电介质的分类：电介质可以是气态、液态、固态，分 布极广。电介质不必一定是绝缘体，但绝缘体是典型
的电介质。广义上说，电介质不仅包括绝缘材料，而
且还包括多种功能材料。一般把电介质分成了两大类： ⑴极性电介质 ⑵非极性（中性）电介质。
由极性分子组成 由非极性分子组成
概论
• 影响电介质分子极性大小的因素：
电介质物理概论
概论
• 电介质：在电场作用下，束缚电荷起主要作用的物质， 称电介质。电介质的特征是以正负电荷重心不重合的
电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响。
• 电介质物理研究对象：研究电介质内部束缚电荷在电
场（包括电频电场和光频电场）作用下的电极化过程；
阐明其电极化规律与介质结构的关系；揭示其宏观介 电性质的微观机制，进而发展电介质的效用。
概论
• 在某些光频频率附近，实部先突然增加随即徒然下降，下降部分
称反常色散，与此同时，虚部出现强烈的吸收，有很大的峰值， 这对应于电子跃迁的共振吸收；
• 根据电磁波理论，介质对光的折射率n的平方等于相对介电常数，
在极高的光频电场作用下，只有电子过程才起作用。
• 共振型吸收曲线的线宽也反映了一定的弛豫过程，弛豫过程决定
可少的理论基础手段。（作图）
• 红外区 ： ' () 先突然增加，随即徒然下降，同时 " () 又出现峰值；
• 可见光区以至到紫外区 ：实部取最小值，称光频介电常数。
Dielectric loss of Glycerol (From Hofmann et al 1994)
(Sr1-1.5xBix)TiO3
Courtesy: Chen Ang, Physical Rev. B, V61, No. 2, p. 957, 2000
( ) ( ) i ( )
' "
概论
• 实部 ' ( ) 随频率的增加而下降 ； • 虚部 " () 代表介质的损耗，虚部出现峰值，这种变化规律称弛豫 型；
• 介电常数随频率变化的现象称色散现象；
• 偶极子转向极化在电频范围的色散现象属于弛豫色散，这是由于 分子间相互碰撞或周围分子的束缚作用而引起的；
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概论
• 研究电极化和弛豫是电介质物理的基本课题，涉及电 荷的分布，起伏，带电粒子间的相互作用
固在电介质物理研究中：
一方面需很好的实验手段； 一方面要求具备优良的理论武器：电动力学、量子力
学、热力学和统计物理始终是研究和探讨本学科必不
1. 原子核外电子云的畸变极化，即电子位移极化； 2. 分子中正负离子的相对位移极化，即离子位移极化； 3. 分子固有电矩的转向极化。
概论
• 介质的相对介电常数ε是综合地反映这三种微观过程的宏观物理量， 它是频率ω的函数； • 只当频率为零或频率很低（例如1KHZ）时，三种微观过程都参 与作用，此时介电常数为：ε(0) • 随着频率的增加，分子固有电矩的转向极化逐渐落后于外场的变 化，介电常数取复数形式：
1. 分子化学结构，分子结构对称，分子正电荷重心和
负电荷重心均与其对称中心相重合，则分子为非极
性的，反之分子结构不对称，则分子为极性的。 2. 原子的正负性（表示元素原子在分子中吸收电子的
能力，它等于原子的电离能和电子亲合能之和）
3. 原子在分子中的排列研究课题——电介质的极化和弛豫 • 电极化过程与物质结构密切相关，电介质物理学的发 展总是与物质结构的研究相呼应，电极化的三个过程：
概论
• 电介质的分类：电介质可以是气态、液态、固态，分 布极广。电介质不必一定是绝缘体，但绝缘体是典型
的电介质。广义上说，电介质不仅包括绝缘材料，而
且还包括多种功能材料。一般把电介质分成了两大类： ⑴极性电介质 ⑵非极性（中性）电介质。
由极性分子组成 由非极性分子组成
概论
• 影响电介质分子极性大小的因素：
电介质物理概论
概论
• 电介质：在电场作用下，束缚电荷起主要作用的物质， 称电介质。电介质的特征是以正负电荷重心不重合的
电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响。
• 电介质物理研究对象：研究电介质内部束缚电荷在电
场（包括电频电场和光频电场）作用下的电极化过程；
阐明其电极化规律与介质结构的关系；揭示其宏观介 电性质的微观机制，进而发展电介质的效用。
概论
• 在某些光频频率附近，实部先突然增加随即徒然下降，下降部分
称反常色散，与此同时，虚部出现强烈的吸收，有很大的峰值， 这对应于电子跃迁的共振吸收；
• 根据电磁波理论，介质对光的折射率n的平方等于相对介电常数，
在极高的光频电场作用下，只有电子过程才起作用。
• 共振型吸收曲线的线宽也反映了一定的弛豫过程，弛豫过程决定
可少的理论基础手段。（作图）
• 红外区 ： ' () 先突然增加，随即徒然下降，同时 " () 又出现峰值；
• 可见光区以至到紫外区 ：实部取最小值，称光频介电常数。
Dielectric loss of Glycerol (From Hofmann et al 1994)
(Sr1-1.5xBix)TiO3
Courtesy: Chen Ang, Physical Rev. B, V61, No. 2, p. 957, 2000
( ) ( ) i ( )
' "
概论
• 实部 ' ( ) 随频率的增加而下降 ； • 虚部 " () 代表介质的损耗，虚部出现峰值，这种变化规律称弛豫 型；
• 介电常数随频率变化的现象称色散现象；
• 偶极子转向极化在电频范围的色散现象属于弛豫色散，这是由于 分子间相互碰撞或周围分子的束缚作用而引起的；