[发明专利]基于LGD理论的电场调控电介质的介电常数物理模型

权利要求书

1.一种基于LGD理论的电场调控电介质的介电常数物理模型，其特征在于，从LGD理论出发，将自由能展开为固有极化项和重定向极化项，具体包括以下内容：

1)从固有极化项出发，将自由能对固有极化求二阶导数，得出介电常数的固有极化部分与电场之间的数学模型；

2)从重定向极化项出发，考虑受局域随机场的影响，基于双势阱模型，得出介电常数的重定向极化部分与电场之间的数学模型；

3)将固有极化项贡献的介电常数部分和重定向极化项贡献的介电常数部分加和得到晶体总的介电常数与电场的物理模型。

2.根据权利要求1所述的基于LGD理论的电场调控电介质的介电常数物理模型，其特征在于：电介质的介电常数分别由固有极化和重定向极化两部分组成，从LGD理论出发，将自由能展开为固有极化项和重定向极化项表达为：

其中，α_i＝C(T-T₀)＝1/ε(0)＝1/[ε₀ε_r(0)]是温度相关的系数，C是常数，T₀是居里-维斯温度，ε(0)是零场下的介电常数，ε₀是真空介电常数，ε_r(0)是零场下的相对介电常数，P是极化，β和γ是与温度无关的系数；

第一部分，固有极化贡献的介电常数的推导过程如下：

G(P)对固有极化项求一阶导数，得到

G(P)对固有极化项求二阶导数，得到

在电介质的极化很小的情况下，极化P_i可表示为

P_i＝ε_r(E)ε₀E (4)

则方程(3)可表示为

进一步化简为

第二部分，重定向极化贡献的介电常数的推导过程如下：

对重定向极化项，基于双势阱模型，假设重定向的偶极单元可在态1和态2之间变化，并且重定向的偶极单元受到外电场E，周围偶极单元产生的极化电场ηP₀，η是取决于偶极晶格几何结构的广义洛伦兹因子，P₀是偶极单元的极化，以及缺陷、应变等诱导的随机局域场，因此偶极单元受到的有效场为

E_eff＝E+ηP₀-E_local (7)

偶极子的配分函数是

根据统计力学原理，处在态1和态2的偶极单元数量为

总极化为

由于P₀对于重定向极化很小，因此采取近似E_eff＝E-E_local，上式简化为

根据上式，得到重定向极化贡献的介电常数

即，

第三部分，电介质总介电常数为

ε_total＝ε_iε₀+ε_e (14)。