Универсальный диэлектрический отклик

В физике и электротехнике универсальный диэлектрический отклик , или UDR , относится к наблюдаемому поведению диэлектрических свойств, проявляемых различными твердотельными системами. В частности, этот широко наблюдаемый ответ включает степенное масштабирование диэлектрических свойств с частотой в условиях переменного тока . Впервые этот термин был определен в знаковой статье А. К. Йоншера в журнале Nature, опубликованной в 1977 году. ^[1] Истоки UDR были объяснены доминированием взаимодействий многих тел в системах и их аналогичной эквивалентностью RC-сетей. ^[2]

Универсальный диэлектрический отклик проявляется в изменении проводимости переменного тока в зависимости от частоты и чаще всего наблюдается в сложных системах, состоящих из нескольких фаз из одинаковых или разнородных материалов. ^[3] Такие системы, которые можно назвать гетерогенными или композитными материалами, с диэлектрической точки зрения можно описать как большую сеть, состоящую из резисторных и конденсаторных элементов, известную также как RC-сеть . ^[4] На низких и высоких частотах диэлектрический отклик гетерогенных материалов определяется путями перколяции. Если гетерогенный материал представлен сеткой, в которой более 50% элементов являются конденсаторами, просачивание произойдет через конденсаторные элементы. Эта перколяция приводит к проводимости на высоких и низких частотах, которая прямо пропорциональна частоте. И наоборот, если доля конденсаторных элементов в репрезентативной RC-сети (P _c ) меньше 0,5, диэлектрическое поведение в низкочастотных и высокочастотных режимах не зависит от частоты. На промежуточных частотах очень широкий диапазон гетерогенных материалов демонстрирует четко определенную возникающую область, в которой степенная корреляция проводимости наблюдается с частотой. Возникающая степенная область является ключевой особенностью UDR. В материалах или системах, демонстрирующих UDR, общий диэлектрический отклик от высоких до низких частот симметричен и сосредоточен в средней точке возникающей области, что происходит в эквивалентных RC-сетях на частоте: $\omega =(RC)^{-1}$ . В области возникновения степенного закона допуск всей системы следует общему степенному закону пропорциональности. $Y\propto \omega ^{\alpha }$ , где показатель степени α можно аппроксимировать долей конденсаторов в эквивалентной RC-цепи системы α≅P _c . ^[5]

Значение UDR

Степенной закон масштабирования диэлектрических свойств в зависимости от частоты полезен при интерпретации данных импедансной спектроскопии для характеристики откликов в новых сегнетоэлектрических и мультиферроидных материалах. ^[6]^[7]

Ссылки

^ Джоншер, Эндрю К. (1977). «Универсальный» диэлектрический отклик». Природа . 267 (5613): 673. Бибкод : 1977Natur.267..673J . дои : 10.1038/267673a0 . S2CID 4179723 .
^ Джоншер, Эндрю К. (1992). «Универсальный диэлектрический отклик и его физическое значение». Транзакции IEEE по электроизоляции . 27 (3): 407–423. дои : 10.1109/14.142701 . ISSN 0018-9367 .
^ Чжай, К; и др. (2018). «Стресс-зависимый электрический транспорт и его универсальное масштабирование в сыпучих материалах» . Письма по экстремальной механике . 22 : 83–88. arXiv : 1712.05938 . дои : 10.1016/j.eml.2018.05.005 . S2CID 51912472 .
^ Маккаллен, Николас Дж. (2009). «Надежность возникающего масштабного свойства случайных моделей RC-сетей сложных материалов». Журнал физики D: Прикладная физика . 42 (6): 064001. Бибкод : 2009JPhD...42f4001M . дои : 10.1088/0022-3727/42/6/064001 . S2CID 6513410 .
^ Чжай, К; и др. (2017). «Универсальность эмерджентного масштабирования в конечных случайных двоичных перколяционных сетях» . ПЛОС ОДИН . 12 (2): e0172298. Бибкод : 2017PLoSO..1272298Z . дои : 10.1371/journal.pone.0172298 . ПМЦ 5312937 . ПМИД 28207872 .
^ Макдональд, младший (1985). «Обобщения универсального диэлектрического отклика и общая модель распределения энергий активации для диэлектрических и проводящих систем». Журнал прикладной физики . 58 (5): 1971. Бибкод : 1985JAP....58.1971M . дои : 10.1063/1.336004 .
^ Паттанаяк, Самита (2014). «Обобщения влияния Dy-замещения на структурные, электрические и магнитные свойства мультиферроидной керамики BiFeO3 ». Керамика Интернешнл . 40 (6): 7983. doi : 10.1016/j.ceramint.2013.12.148 .

[1] Джоншер, Эндрю К. (1977). «Универсальный» диэлектрический отклик». Природа . 267 (5613): 673. Бибкод : 1977Natur.267..673J . дои : 10.1038/267673a0 . S2CID 4179723 .

[Jonscher1992-2] Джоншер, Эндрю К. (1992). «Универсальный диэлектрический отклик и его физическое значение». Транзакции IEEE по электроизоляции . 27 (3): 407–423. дои : 10.1109/14.142701 . ISSN 0018-9367 .

[3] Чжай, К; и др. (2018). «Стресс-зависимый электрический транспорт и его универсальное масштабирование в сыпучих материалах» . Письма по экстремальной механике . 22 : 83–88. arXiv : 1712.05938 . дои : 10.1016/j.eml.2018.05.005 . S2CID 51912472 .

[4] Маккаллен, Николас Дж. (2009). «Надежность возникающего масштабного свойства случайных моделей RC-сетей сложных материалов». Журнал физики D: Прикладная физика . 42 (6): 064001. Бибкод : 2009JPhD...42f4001M . дои : 10.1088/0022-3727/42/6/064001 . S2CID 6513410 .

[5] Чжай, К; и др. (2017). «Универсальность эмерджентного масштабирования в конечных случайных двоичных перколяционных сетях» . ПЛОС ОДИН . 12 (2): e0172298. Бибкод : 2017PLoSO..1272298Z . дои : 10.1371/journal.pone.0172298 . ПМЦ 5312937 . ПМИД 28207872 .

[6] Макдональд, младший (1985). «Обобщения универсального диэлектрического отклика и общая модель распределения энергий активации для диэлектрических и проводящих систем». Журнал прикладной физики . 58 (5): 1971. Бибкод : 1985JAP....58.1971M . дои : 10.1063/1.336004 .

[7] Паттанаяк, Самита (2014). «Обобщения влияния Dy-замещения на структурные, электрические и магнитные свойства мультиферроидной керамики BiFeO3 ». Керамика Интернешнл . 40 (6): 7983. doi : 10.1016/j.ceramint.2013.12.148 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]