普遍的な誘電応答

物理学および電気工学において、普遍誘電応答（UDR）とは、多様な固体系が示す誘電特性の、観測される発現挙動を指す。特に、この広く観測される応答は、交流（AC）条件下での誘電特性の周波数に対するべき乗則スケーリングを伴う。 1977年にAK JonscherがNature誌に発表した画期的な論文^{[ 1 ]}で初めて定義されたUDRの起源は、系における多体相互作用の優位性と、それらのRCネットワーク等価性にあると考えられていた^{[ 2 ] 。}

普遍的な誘電応答は、周波数による AC 導電率の変化として現れ、同種または異種の材料の複数の相からなる複雑なシステムで最もよく見られます。^{[ 3 ]}このようなシステムは、異種材料または複合材料と呼ぶことができ、誘電の観点からは、抵抗器とコンデンサー要素で構成される大規模なネットワーク ( RC ネットワークとも呼ばれます) として説明できます。^{[ 4 ]}低周波数と高周波数では、異種材料の誘電応答はパーコレーション経路によって制御されます。異種材料が、要素の 50% 以上がコンデンサーであるネットワークで表される場合、コンデンサー要素を介したパーコレーションが発生します。このパーコレーションの結果、高周波数と低周波数で導電率が周波数に正比例します。逆に、代表的な RC ネットワーク (P _c )内のコンデンサー要素の割合が0.5 未満の場合、低周波数と高周波数領域での誘電挙動は周波数に依存しません。中間周波数では、非常に広範囲の不均質材料が明確に定義された創発領域を示し、そこではアドミタンスと周波数のべき乗相関が観測される。べき乗法則の創発領域はUDRの重要な特徴である。UDRを示す材料またはシステムでは、高周波数から低周波数までの全体的な誘電応答は対称であり、等価RCネットワークで周波数：で発生する創発領域の中点を中心とする。べき乗法則の創発領域では、システム全体のアドミタンスは一般的なべき乗法則の比例性に従い、ここでべき乗指数αはシステムの等価RCネットワーク内のコンデンサの割合α≅P _cに近似することができる。^{[ 5 ]}${\displaystyle \omega =(RC)^{-1}}$ ${\displaystyle Y\propto \omega ^{\alpha }}$

UDRの重要性

誘電特性の周波数に対するべき乗則スケーリングは、新興の強誘電体およびマルチフェロイック材料の応答特性を評価するためのインピーダンス分光データの解釈に役立つ。^{[ 6 ] [ 7 ]}

参考文献

1. Jonscher, Andrew K. (1977). 「『普遍的な』誘電応答」. Nature . 267 (5613): 673. Bibcode : 1977Natur.267..673J . doi : 10.1038/267673a0 . S2CID  4179723 .
2. Jonscher, Andrew K. (1992). 「普遍的な誘電応答とその物理的意義」. IEEE Transactions on Electrical Insulation . 27 (3): 407– 423. doi : 10.1109/14.142701 . ISSN 0018-9367 . 
3. Zhai, C; et al. (2018). 「粒状材料における応力依存電気輸送とその普遍的スケーリング」 . Extreme Mechanics Letters . 22 : 83–88 . arXiv : 1712.05938 . Bibcode : 2018ExML...22...83Z . doi : 10.1016/j.eml.2018.05.005 . S2CID 51912472 . 
4. McCullen, Nicholas J. (2009). 「複合材料のランダムRCネットワークモデルの出現スケーリング特性の堅牢性」. Journal of Physics D: Applied Physics . 42 (6) 064001. Bibcode : 2009JPhD...42f4001M . doi : 10.1088/0022-3727/42/6/064001 . S2CID 6513410 . 
5. Zhai, C; et al. (2017). 「有限ランダムバイナリパーコレーションネットワークにおける創発的スケーリングの普遍性」. PLOS ONE . 12 (2) e0172298. Bibcode : 2017PLoSO..1272298Z . doi : 10.1371/journal.pone.0172298 . PMC 5312937. PMID 28207872 .  
6. MacDonald, JR (1985). 「普遍的な誘電応答の一般化と誘電体および導電システムの一般的な活性化エネルギー分布モデル」. J​​ournal of Applied Physics . 58 (5): 1971. Bibcode : 1985JAP....58.1971M . doi : 10.1063/1.336004 .
7. Pattanayak, Samita (2014). 「Dy置換がマルチフェロイックBiFeO3セラミックスの構造、電気的特性、磁気的特性に及ぼす影響の一般化」. Ceramics International . 40 (6): 7983. doi : 10.1016/j.ceramint.2013.12.148 .