Сегнетоэлектрики

Сегнетоэлектриками называются вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью электрического тока.

В отсутствие внешнего электрического поля сегнетоэлектрики, как правило, имеют доменную структуру. Домены представляют собой микроскопические области, обладающие спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, которая возникает под влиянием внутренних процессов в диэлектрике (рис. 17.12). Направление электрических моментов у разных доменов различно. Поэтому суммарная полярность образца в целом может быть равна нулю. В принципе, если кристалл имеет малые размеры, то он может состоять всего лишь из одного домена. Однако крупные образцы всегда разбиваются на множество доменов, поскольку однодоменное состояние энергетически невыгодно. Разбиение на домены уменьшает электростатическую энергию сегнетоэлектрика.

Примерами сегнетоэлектриков могут служить титанат бария BaTiO₃ (T_c=393K) (рис.139), сегнетова соль NaKC₄O₆*4H₂O (T_c=255297 K), необат калия KnbO₃ (T_c=708 K), фосфат калия KH₂PO₄ (дигидрофосфат) (T_c=123 K).

Сегнетоэлектрики находят широкое применение при изготовлении малогабаритных конденсаторов в качестве нелинейных элементов радиотехнических устройств, в технике ультразвука. Во внешнем электрическом поле изменяются преломляющие свойства сегнетоэлектрических кристаллов (компоненты тензора показателя преломления): это явление используется для управления световыми пучками (оптические затворы, модуляторы и умножители частоты лазерного излучения и т.д.).

У некоторых сегнетоэлектриков и пироэлектриков (если деформация решетки вызвана изменением температуры, то явление возникновения поляризации называется пиротехническим эффектом (турмалин, сегнетова соль - пироэлетрики); если при механической деформации кристаллической решетки возникает поляризация - пьезоэлектрических эффект: сегнетова соль, фосфат аммония, -кварц - пьезоэлектрики для стабилизаторов, звукоснимателей, излучателей и приемников ультразвуковые колебания) можно наблюдать явление фоторефракции под действием интенсивных пучков света (лучей лазера). В тех точках, на которые падает луч, изменяется показатель преломления, и это изменение сохраняется длительное время после облучения. Очевидно, это связано с образованием под действием облучения свободных электронов, которые задерживаются вблизи дефектов кристалла и создают локальные электрические поля, а, следовательно, и локальные изменения показателя преломления. На этом явлении могут основываться оптические запоминающие устройства.

Кристаллическая решетка ряда диэлектриков (например, цирконата свинца PbZrO₃) может быть представлена в виде вдвинутых друг в друга подрешеток из разноименных ионов, причем дипольные моменты подрешеток противоположно ориентированны и взаимно компенсируются, так что самопроизвольной поляризации всего объема не наблюдается. Такие диэлектрики называют оптосегнетоэлектриками. Но при Е>Е_кр у них начинается переориентация дипольных моментов, и они переходят в сегнетоэлектрическое состояние с гистерезисной зависимостью Р(Е), показанной на рис. 17.13 (рис.140).