偶極子

永久磁鐵的磁偶極矩來自於電子內稟的磁偶極矩。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。地磁北極位於北極附近，實際上是指南極，會吸引磁鐵的指北極；而地磁南極位於南極附近，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。

根據當前的觀察結果，磁偶極子產生的機制只有兩種，載流迴路和量子力學自旋。科學家從未在實驗里找到任何磁單極子存在的證據。

兩個相距很近的等量異號點電荷組成的系統稱為電偶極子。電偶極子的特徵用電偶極矩p=ql描述，其中l是兩點電荷之間的距離，方向規定由-q指向+q。電偶極子在外電場中受力矩作用而旋轉，使其電偶極矩轉向外電場方向。電偶極矩就是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩，故簡稱電矩。如果外電場不均勻，除受力矩外，電偶極子還要受到平移作用。電偶極子產生的電場是構成它的正、負點電荷產生的電場之和。

有一類電介質分子的正、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。在電介質物理學和原子物理學中，電偶極子是很重要的模型。應用有偶極子天線。

一個載流的小閉合圓環稱為磁偶極子，即一個小電流環。

當場點到載流小線圈的距離遠大於它的尺寸時，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q來表示。相距l、磁極強度為±qm的一對點磁荷，當l遠小於場點到它們的距離時，±q構成的系統叫磁偶極子。

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佈是相同的，但在偶極子附近，二者場分佈不同。

引申：磁感線是閉合的，電場線是間斷的。

定義：在自動控制原理中，實軸上一對距離很近的開環零點和極點，附近又沒有其它零極點，我們把它們稱為偶極子。一般這對零極點的距離應小於他們到其他零極點距離的5～10倍，這時這對零極點可以對消，從而降低系統的階數，簡化系統模型。開環零點為使系統開環傳遞函數分子為零的點，極點為使開環傳遞函數分母為零的點。

很多分子都擁有電偶極矩。這是因為分子內部正、負電荷的不均勻分佈。例如：

（正價） H-Cl （負價）擁有永久電偶極矩的分子稱為極化分子。假若一個分子帶有感應電偶極子，則稱此分子被極化。彼得·德拜是最先研究分子的電偶極子的物理化學家。為了紀念他的貢獻，電偶極矩的測量單位被命名為德拜（debye），符號為D。

分子的電偶極子又分為以下三種（參閱分子間作用力）：

永久電偶極子：假若，一個分子內的幾個原子的電負性差異很大，電負性較大的原子會吸引電子更接近自己，因而使得所佔據區域變得更具負性；另外電負性較小的原子的區域會變得更具正性。這樣，就形成了永久電偶極子。

瞬時電偶極子：有時候，電子會洽巧地比較集中於分子內的某一個區域，這偶髮狀況會產生暫時的電偶極子。

感應電偶極子：當施加外電場於一個分子時，感應這外電場的作用，分子內部正常的電子云形狀會被改變，因而產生電偶極子。其伴隨的電偶極矩等於外電場和極化性的乘積。

下表為常見的化合物在氣態時的電偶極矩，採用德拜單位：

這些數值可從相對電容率ε的測量值計算求得。當分子因為對稱性而使得凈電偶極矩被抵消，則設定電偶極矩為 0 。電偶極矩最大值在 10 到 11 這值域內。知道電偶極矩值，科學家可以推論出相應的分子結構。例如，數據顯示出，二氧化碳是一個線性分子；而臭氧則不是。

鐵電晶體是在居里溫度以下電偶極子自發排列形成電疇，並可以隨外加電場而使自發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出高介電常數，對溫度改變表現出大的熱釋電響應，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，電子被激發引起自發極化的變化，從而出現許多新的現象，如光折變效應等。鐵電材料具有優良的鐵電、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器件方面有著非常重要的應用。

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，福建物質結構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於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=1.72μC/cm2，相應的矯頑電場值Ec≈1.1kV/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。

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.GrowthDes.,2011,11,2386–2397,3744–3747;NewJ.Chem.,2011,35,2804–2810）。