Сегнетоэлектрики.

Сегнетоэлектрики – полярные (кристаллические) диэлектрики, которые в определенном интервале температур, называемом полярной областью, спонтанно поляризованы, т.е. обладают поляризованностью в отсутствие внешнего электрического поля.

Свойства сегнетоэлектриков.

По сравнению с обычными диэлектриками сегнетоэлектрики обладают

рядом отличительных черт. Это

1) большие значения диэлектрической проницаемости (ε ≈ 10³–10⁴);

2) нелинейная зависимость поляризованности P от напряженности электрического поля E и, как следствие, – зависимость ε от Е;

3) явление сегнетоэлектрического гистерезиса, т.е. отставание изменения электрической индукции от напряженности электрического поля. Сущность этого явления заключается в том, что поляризация сегнетоэлектрика определяется не только значением напряжённости поля, но и зависит от предшествовавших состояний поляризации;

4) резкие максимумы диэлектрической проницаемости (при малых электрических полях) при температурах, являющихся границами полярной области.

Наличие спонтанной поляризованности в сегнетоэлектриках связано с 3 особенностями кристаллической структуры этих веществ, в частности, с отсутствием центра симметрии кристаллической решетки. В этом случае “центры тяжести” положительных и отрицательных зарядов в элементарной ячейке не совпадают, и она обладает собственным дипольным моментом.

Сильное электрическое взаимодействие поляризованных ячеек приводит к упорядоченному расположению их дипольных моментов, ориентирующихся параллельно друг другу в направлении, называемом полярной осью кристалла. Такое взаимосогласованное расположение дипольных моментов в отсутствие внешнего электрического поля и обеспечивает состояние спонтанной поляризованности. Однако, сегнетоэлектрический кристалл в целом при отсутствии внешнего электрического поля не может быть поляризован однородно по всему макроскопическому объему, так как однородно поляризованный образец сам является источником сильного электрического поля, обладающего большой энергией (рис. 1а). Для устойчивой в термодинамическом отношении системы (а сегнетоэлектрический кристалл, безусловно, устойчив) такая ситуация энергетически не выгодна. Условие устойчивости, т.е. минимальность полной энергии сегнетоэлектрического образца, достигается при самопроизвольном разбиении макроскопического объема кристалла на области, спонтанно поляризованные, но отличающиеся направлением вектора поляризации, так называемые диэлектрические домены. При этом средний дипольный момент макроскопического образца стремится к нулю, а энергия вызванного им внешнего электрического поля заметно уменьшается (рис. //). Однако, при образовании доменов полная энергия системы возрастает за счет роста энергии увеличивающихся по площади границ между доменами – доменных стенок. Баланс между этими двумя процессами определяет в конечном итоге характерный линейный размер доменных областей (≈ 1 мкм), который зависит от температуры