偶極子

偶極子

 偶極子指相距很近的符號相反的一對電荷或“磁荷”。如由正負電荷組成的電偶極子，其場力線分布如圖。地球磁場可以近似地看作磁偶極子場。在物探中，研究偶極子場是很重要的，因為理論計算表明，均勻一次場中球形礦體的激發(fā)極化二次場與一個電流偶極子的電流場等效，某些磁異常也可以用磁偶極子場來研究。用等效的偶極子場來代替相應電、磁場的研究，可以簡單清楚地得到場的空間分布形態(tài)和基本的數(shù)量概念，也便于作模型實驗。^[1]

電極偶子的等值線圖。等值曲面清楚地區(qū)分于圖內(nèi)。

1、偶極子指的是幾何尺寸遠小于波長的帶電體，一個輻射體可以近似是許多偶極子的組合，根據(jù)帶電體特性分別用電偶極子或磁偶極子模擬。

2、水分子電子活化作用水分子中氫原子和氧原子的位置是不對稱的，因而水分子具有極性，一般稱為偶極子。在水分子中有10個(5對)電子，其中一對電子位于分子內(nèi)部氧核附近，另4對位于分子外部。

3、工程上把一對零極點間的距離比其自身的模值小一個數(shù)量級，就把這對靠得很近的閉環(huán)零、極點稱為偶極子。主導極點:附近沒有閉環(huán)零點、離虛極最近，對系統(tǒng)狀態(tài)性能影響最大起主要的決定性控制作用的閉環(huán)極點。

4、在電場作用下，非極性分子的正負電荷分別朝相反方向運動，使分子發(fā)生極化，被極化的分子稱為偶極子。偶極子在電場作用下將重新排列，在這個過程中，偶極子與周圍分子(粒子)發(fā)生碰撞磨擦而產(chǎn)生大量的熱量。

5、偶極子是指流體介質(zhì)中既孤立又穩(wěn)定的南北對稱分布的氣旋性和反氣旋性渦旋。

6、食品物料中的極性分子(稱為偶極子)在作雜亂無規(guī)則的運動，例如水就是極性分子。當處于電場中時，極性分子將重新排列，帶正電的一端朝向負極，帶負電的一端朝向正極。

7、隨機偶極振子的形成及研究隨機偶極振子的必要性眾所周知，兩個相距很近且?guī)У戎诞愄柕狞c電荷的整體，稱為“偶極子”。^[2] 

用它的偶極矩描述

在電磁學里，有兩種偶極子（dipole）：電偶極子是兩個分隔一段距離，電量相等，正負相反的電荷。磁偶極子是一圈封閉循環(huán)的電流，例如一個有常定電流運行的線圈，稱為載流回路。偶極子的性質(zhì)可以用它的偶極矩描述。

電偶極矩由負電荷指向正電荷，大小等于正電荷量乘以正負電荷之間的距離。磁偶極矩的方向，根據(jù)右手法則，是大拇指從載流回路的平面指出的方向，而其它拇指則指向電流運行方向，磁偶極矩的大小等于電流乘以線圈面積。

是電子的自然性質(zhì)

除了載流回路以外，電子和許多基本粒子都擁有磁偶極矩。它們都會產(chǎn)生磁場，與一個非常小的載流回路產(chǎn)生的磁場完全相同。但是，現(xiàn)時大多數(shù)的科學觀點認為這個磁偶極矩是電子的自然性質(zhì)，而非由載流回路生成。

永久磁鐵

永久磁鐵的磁偶極矩來自于電子內(nèi)稟的磁偶極矩。長條形的永久磁鐵稱為條形磁鐵，其兩端稱為指北極和指南極，其磁偶極矩的方向是由指南極朝向指北極。這常規(guī)與地球的磁偶極矩恰巧相反：地球的磁偶極矩的方向是從地球的地磁北極指向地磁南極。地磁北極位于北極附近，實際上是指南極，會吸引磁鐵的指北極；而地磁南極位于南極附近，實際上是指北極，會吸引磁鐵的指南極。羅盤磁針的指北極會指向地磁北極；條形磁鐵可以當作羅盤使用，條形磁鐵的指北極會指向地磁北極。

產(chǎn)生的機制只有兩種

根據(jù)當前的觀察結(jié)果，磁偶極子產(chǎn)生的機制只有兩種，載流回路和量子力學自旋�？茖W家從未在實驗里找到任何磁單極子存在的證據(jù)。^[3] 

雙偶極子天線.

有一類電介質(zhì)分子的正、負電荷中心不重合，形成電偶極子，稱為有極分子；另一類電介質(zhì)分子的正、負電荷中心重合，稱為無極分子，但在外電場作用下會相對位移，也形成電偶極子。在電介質(zhì)理論和原子物理學中，電偶極子是很重要的模型。應用有偶極子天線。

當場點到載流小線圈的距離遠大于它的尺寸時，這個載流小線圈就是一個磁偶極子。磁荷觀點認為，磁場是由磁荷產(chǎn)生的，磁針的N極帶正磁荷，S極帶負磁荷，磁荷的多少用磁極強度qm來表示。相距l(xiāng)、磁極強度為±qm的一對點磁荷，當l遠小于場點到它們的距離時，±qm構(gòu)成的系統(tǒng)叫磁偶極子。 

與電偶極子的比較，在遠離偶極子處，磁偶極子和電偶極子的場分布是相同的，但在偶極子附近，二者場分布不同。 

引申：磁力線是閉合的，電力線是間斷的。

定義：實軸上一對距離很近的開環(huán)零點和極點，附近又沒有其它零極點，我們把它們稱為偶極子。^[4]

偶極子天線

偶極子天線用來發(fā)射和接收固定頻率的信號。雖然在平時的測量中都使用寬帶天線，但在場地衰減和天線系數(shù)的測量中都需要使用偶極子天線。SCHWARZBECK偶極子天線的頻率范圍由30MHz~4GHz。其中的VHAP和UHAP是一套精確偶極子天線，特別適用于場地衰減和天線系數(shù)的測量。同時該天線為日本VCCI等標準機構(gòu)指定的電波暗室和開闊場場地衰減測量等的唯一專用天線。該天線為眾多實驗室所采用，作為實驗室的天線標準。

奇極子天線

偶極子是相對于奇極子而說的，我們常用的天線基本都是偶極子天線。奇極子天線一般只有電視臺、廣播電臺才會用到，只有一極，其實另一極是大地。^[5]

鐵電晶體

(a) 分子基鐵電體從順電相到鐵電相相變

鐵電晶體是在居里溫度以下電偶極子自發(fā)排列形成電疇，并可以隨外加電場而使自發(fā)極化反向的一種材料。有極軸且無對稱中心是鐵電體的必要條件，因此，居里溫度以下的鐵電體必然也具有壓電性。鐵電材料對電信號表現(xiàn)出高介電常數(shù)，對溫度改變表現(xiàn)出大的熱釋電響應，在應力或聲波作用下具有強的壓電效應和聲光效應，在強電場作用下具有顯著的電光效應。另外，鐵電材料在強光輻照下，電子被激發(fā)引起自發(fā)極化的變化，從而出現(xiàn)許多新的現(xiàn)象，如光折變效應等。鐵電材料具有優(yōu)良的鐵電、介電、熱釋電及壓電等特性，在鐵電存儲器、紅外探測器、聲表面波和集成光電器件等固態(tài)器件方面有著非常重要的應用。

證實順電相到鐵電相相變

（b）分子基鐵電晶體。

在科技部973和863計劃、國家自然科學基金、中科院“百人計劃”等項目的支持下，福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室羅軍華研究小組首次提出了基于手性陰離子和陽離子分子馬達組裝成一類新穎的分子基鐵電晶體材料酒石酸雙咪唑，其飽和極化強度Ps = 1.72 μC/cm2，相應的矯頑電場值Ec ≈ 1.1 kV/cm。研究人員通過變溫單晶衍射、差熱分析、變溫介電和變溫電滯回線等方法，證實了其順電相到鐵電相相變。

相關(guān)研究成果

相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應用化學》(Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201200407)上。該鐵電晶體的發(fā)現(xiàn)將為新型分子基鐵電晶體材料的合成和設計提供新的思路。

該研究小組還在分子基光電晶體材料的研究方面取得了系列進展（Inorg. Chem., 2012, DOI:10.1021/ic202406f; Cryst. Growth Des., 2011, 11, 2386