3.4. Точка Кюри

При нагревании сегнетоэлектрика спонтанная поляризация, как правило, исчезает при определенной температуре Т_с, называемой температурой или точкой Кюри. В этой точке происходит фазовый переход сегнетоэлектрика из полярного состояния в неполярную (параэлектрическую) фазу. Переход, сопровождается исчезновением спонтанной поляризации и изменением структуры кристаллической решетки.

Величина поляризации обычно сильно зависит от температуры в области фазового перехода. Соответственно, и диэлектрическая проницаемость образца резко возрастает с приближением к точке Кюри (рис. 3.2).

В большинстве сегнетоэлектриков выше точки Кюри зависимость  от температуры описывается законом Кюри-Вейса:

, (2.26)

где В, Т₀- константы вещества.

В самой точке перехода поляриация исчезает либо скачком (например, фазовый переход первого рода в ВаТiО₃при 133С), либо непрерывно (фазовый переход второго рода, например, в сегнетовой соли).

3.5. Типы сегнетоэлектриков

По виду химической связи и механизму фазового перехода все известные сегнетоэлектрики можно разделить на два типа:

1) сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок. В кристаллах этого типа имеются дипольные группы, способные вращаться. Фазовый переход и появление спонтанной поляризации связаны с упорядочением диполей, поэтому его называют переходом типа – беспорядок;

2) сегнетоэлектрики типа смещения. Кристаллы этого типа не содержат атомных групп, обладающих постоянным дипольным моментом. Фазовый переход происходит в результате смещения ионов из некоторого нулевого положения в другое, приводящее к появлению электрических моментов и возникновению спонтанной поляризации. Такой переход называют фазовым переходом типа — смещения. Классическим примером сегнетоэлектрика такого типа является ВаТiO₃. На его основе создан большой класс керамических (немонокристаллических) сегнетоэлектриков, имеющих промышленное применение.

Появление большого числа новых материалов, сочетающих в себе различные свойства и получаемых как в виде твердых химических соединений, так и в виде твердых растворов и смесей, позволяет классифицировать сегнетоэлектрики по группам. Это вещества с четко выраженным фазовым переходом, с размытым фазовым переходом, с резко выраженными нелинейными свойствами (вариконды), с полупроводниковыми свойствами, с магнитным упорядочением, сегнетоэлектрики-фотопроводники и т.д.

3.6. Сегнетоэлектрический гистерезис

Рассмотрим, как меняется поляризация сегнетоэлектрика при циклическом изменении напряженности внешнего поля.

При первоначальном включении поля поляризация резко растет с ростом, затем достигает насыщенияР_S (рис. 3.3 ветвь 1).

Уменьшение Рпроисходит по ветви 2. При обращенииЕ₀в нуль вещество сохраняет значение поляризацииР_S, называемоеостаточной поляризацией. Только под действием противоположно направленногополя напряженностью Е_c поляризация обращается в нуль. Это значение напряженности называется коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении обратного поля вновь достигаетсясостояние насыщения-Р_S. Последующее изменение поляризации идет по ветви 3, которая не совпадает с первоначальной ветвью 1.Таким образом, если циклически изменять напряженность внешнего поля, зависимость Р от Е₀представляет собоюпетлю.Её называют петлей гистерезиса.

Наблюдаемую на опыте петлю гистерезисаможно объяснить с точки зрения доменной структуры сегнетоэлектрика. Под действием электрического поля доменные границы смещаются так, что объемы доменов, поляризованных по полю, увеличиваются за счет доменов, поляризованных против поля. В реальных кристаллах доменные границы обычно “закреплены” на дефектах и неоднородностях, и необходимы достаточно сильные электрические поля, чтобы их перемещать по образцу. В сильном поле образец становится однодоменным (точкаР_Sна рис. 3.3). После выключения поля образец остается поляризованным в течение длительного времени, сохраняя остаточную поляризацию (точкаР_S на рис.3.3).

Приложив поле противоположного направления, можно осуществить переполяризацию сегнетоэлектрика. Процесс переполяризации заключается в зарождении и разрастании в объеме кристалла областей с “благоприятным” по отношению к полю направлением поляризации. В тот момент, когда суммарные объёмы доменов противоположного знака сравняются, поляризация будет равна нулю. Чтобы достичь такого состояния, необходимо приложить достаточно сильное поле противоположного направления, его называют коэрцитивным полем (точка Е_сна рис. 3.3). При циклическом изменениипереполяризация будет происходить с запаздыванием, обусловливая образование петли гистерезиса.