§54. Сегнетоелектрики.

Сегнетоелектриками називаються кристалічні діелектрики, які володіють в певному інтервалі температур самочинною (спонтанною) поляризацією, яка досить сильно змінюється під впливом зовнішніх впливів – електричного поля, деформацій, температури.

Кристалографічна модифікація, в якій сегнетоелектрик поляризований , називається сегнетоелектричною фазою, а модифікація в якій - параелектричною фазою. При зміні температури відбувається перехід, що називається фазовим переходом, із сегнето- в пара­електричну фазу. Температура, при якій кристал зазнає фазового переходу, називається точкою Кюрі . Деякі кристали, зокрема сегнетова сіль, мають дві точки Кюрі. Температурна залежність спонтанної поляризації наведена на рис. 130а, а сегнетової солі – на рис. 130б.

Сегнетоелектричні фазові переходи є оборотними, тобто можуть відбуватися в обох напрямках. Це означає, що як від нагрівання кристала спонтанна поляризація зникає при певній температурі, то й від охолодження вона виникає в ньому при тій самій температурі.

Характерна особливість сегнето­електриків полягає в тому, що у певному температурному інтервалі різко зростає відносна діелектрична проникність.

Як видно з рис. 131, відносна діе­лектрична проникність тригліцинсульфату при збільшені температури зростає, досягаючи максимального значення при . Після наступного нагрівання зменшується.

Відносна діелектрична проникність і діелектрична сприйнятливість сегнетоелектриків залежить від напруженості електричного поля в речовинах.

На рис. 132а наведено залежність діелектричної проникності від напруженості поля для сегнетоелектриків. Як видно, ця залежність не є лінійною. Тому для сегнетоелектриків немає прямої пропорційності між векторами електричного зміщення , поляризації і напруженістю електричного поля .

При не дуже сильних полях в сегнетоелектриках електричне зміщення залежить від напруженості поля нелінійно (рис. 132б). Нелінійне зростання D із збіль­шенням E замінюється лінійним лише при дуже великих значеннях E.

Для сегнетоелектриків характерне явище діелектричного гістерезису, яке полягає у відставанні змін вектора поляризації від змін вектора напруженості електричного поля (рис. 133).

Я кщо неполяризований сегнетоелектрик помістити в електричне поле і збільшувати напруженість поля E, то викликана цим полем поляризація зростає вздовж кривої OA, яка називається основною кривою поляризації сегнетоелектрика. - напру­женість поля, при якій досягається величина спонтанної поляризації .

При зменшенні поля E поляризація зменшується не вздовж кривої AO, а вздовж кривої , причому в точці зовнішнє поле відсутнє, але сегнетоелектрик поляризований. При зміні напрямку зовнішнього поля вектор поляризації зменшується до нуля в точці , а потім, змінивши свій напрямок, зростає за величиною вздовж кривої . Наступна зміна зовнішнього поля від до супроводжується зміною вектора поляризації вздовж кривої . В точках і спостерігається залишкова поляризація. Величина напруженості поля в точках і , при якій поляризація сегнетоелектрика дорівнює нулю, називається коерцитивною силою.

При періодичній зміні поляризації сегнетоелектрика на подолання тертя під час повертання електричних моментів вит­рачається електрична енергія, яка йде на нагрівання сегнетоелектрика. Площа петлі гістерезису пропорційна до електричної енергії, що перетворюється у внутрішню енергію в одиниці об’єму сегнетоелектрика за один цикл.

Характерною особливістю сегнетоелектриків є те, що паралельна орієнтація дипольних моментів елементарних комірок має місце тільки в невеликих областях кристалу – доменах. Доменами називають сукупності спонтаннополяризованих елементарних комірок з паралельним розміщенням дипольних моментів. Домени в кристалі сегнетоелектрика орієнтовані хаотично, тобто мають різні напрямки спонтанної поляризації (рис. 134). Тому різні ділянки граней сегнетоелектричних кристалів мають неоднакову макроскопічну поляризацію.

За відсутності поля області спонтанної поляризації розміщуються так, що електричні дипольні моменти різних доменів компенсують один одного і середня поляризація сегнетоелектрика дорівнює нулю.

Якщо внести кристал сегнетоелектрика у зовнішнє поле, відбувається переорієнтація електричних моментів доменів і весь кристал стає поляризованим.