如何證明 對於立方對稱的晶體,介電常數可以看作乙個簡單的標量?

時間 2021-06-01 20:09:50

1樓:Cinder

一般地,電位移向量與外電場有如下關係:

其中介電常數是乙個二階張量,可寫成矩陣形式:

首先我們需要承認,假如同時對晶體和電場進行同乙個旋轉變換,則對應的電位移向量也會經歷乙個完全相同的旋轉變換。這是因為物體的電學性質與座標系的選取無關,所以我們總能將座標系進行同乙個旋轉變換,還原晶體和電場旋轉之前的情況。

記這個旋轉變換的變換矩陣為A,將電場和晶體同時旋轉後的電場和電位移向量分別為E',D',我們有:

此時,由於晶體也發生了旋轉,其介電常數也會發生改變:

代入電位移向量和電場在旋轉前後的關係可得:

對 兩邊同時左乘矩陣A可得:

由於A為旋轉變換,其必有逆矩陣,上式可寫為:

與 比較可知:

上式給出了介電常數在晶體經過旋轉變換A後的表示式。

現在考察晶體對稱性對介電常數的影響。假如上述的旋轉變換A是晶體的乙個對稱操作,即能夠使旋轉後的晶體與旋轉前完全重合,則旋轉後的介電常數也應該與旋轉前完全相同:

即(*)

對於立方對稱的晶體,逆時針繞z軸旋轉90°是乙個對稱操作,對應的旋轉變換A為:

代入(*)式可得:

順時針繞z軸旋轉90°是乙個對稱操作,對應的旋轉變換A為:

代入(*)式可得:

所以:由上式可知:

同理,分別繞x軸順時針、逆時針旋轉可以證明:

綜上所述:

這裡的E沒有向量標記,表示單位矩陣,注意與電場區分。

所以:證畢。

2樓:qfzklm

座標系轉一下,根據對稱性,轉90度的樣子和不轉應該是一樣的,介電常數矩陣也是一樣的,這時候就可以確定介電常數矩陣的樣子了。

最後算出來是對角元都一樣的對角陣,跟標量就沒啥區別了。。

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