Сегнетоэлектричество

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Сегнетоэлектричество — физическое явление, наблюдающееся в некоторых кристаллах, называемых сегнетоэлектриками, в определённом интервале температур и заключающееся в возникновении спонтанной поляризации кристалла даже в отсутствие внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики отличаются от пироэлектриков тем, что при определённой температуре (так называемой диэлектрической точке Кюри) их кристаллическая модификация меняется и спонтанная поляризация пропадает.

Кристаллическая модификация, в которой наблюдается спонтанная поляризация, называется полярной фазой, а в которой не наблюдается — неполярной фазой.

Явление сегнетоэлектричества аналогично явлению ферромагнетизма и в англоязычной литературе носит название ферроэлектричества (англ. ferroelectricity).

Для феноменологического описания фазовых переходов в сегнетоэлектриках используется теория Ландау.

Поляризация[править | править вики-текст]

Зависимость поляризации P от напряжённости электрического поля Е в ВЧ диэлектрике.
Зависимость поляризации P от напряжённости электрического поля Е в параэлектрике.
Зависимость поляризации P от напряжённости электрического поля Е в сегнетоэлектрике.

Температура, при которой исчезает спонтанная поляризация (то есть собственный дипольный момент) и происходит перестройка кристаллической структуры, носит название температуры (точки) Кюри (ещё одна аналогия с ферромагнетиками). Переход через точку Кюри означает фазовый переход, а соответствующие фазы обозначаются как полярная (сегнетоэлектрик) и неполярная (параэлектрик[1] — нелинейный диэлектрик, не обладающий спонтанной поляризацией, относительная диэлектрическая проницаемость которого уменьшается с ростом температуры).

Спонтанная поляризация в сегнетоэлектриках в точке Кюри меняется либо непрерывно (переход второго рода, сегнетова соль), либо скачком (переход первого рода, титанат бария). Другие характеристики сегнетоэлектриков, такие как относительная диэлектрическая проницаемость, могут достигать в точке Кюри очень больших значений (104 и выше).

Вблизи точки Кюри в неполярной фазе выполняется закон Кюри — Вейсса, связывающий поляризуемость α и температуру T сегнетоэлектрика[2]:

\alpha = \frac{C}{T - T_0}

где C и T_0 — константы, определяемые видом сегнетоэлектрика. Величина T_0 носит название температуры Кюри — Вейсса и очень близка к значению температуры Кюри. Если точек Кюри две, то вблизи каждой из них в неполярной фазе выполняется тот же закон. Вблизи верхней — в прежней форме, а вблизи нижней — в форме[2]:

\alpha = \frac{C'}{T_0' - T}

Механизм приобретения дипольного момента в полярной фазе (фазе сегнетоэлектрика) может также различаться: возможен вариант как со смещением ионов (титанат бария; соответствующий фазовый переход называется переходом типа смещения), так и с упорядочиванием ориентации уже существующих в веществе диполей (дигидрофосфат калия, триглицинсульфат).

Применение[править | править вики-текст]

Отличительными чертами сегнетоэлектриков являются также высокие значения диэлектрической проницаемости, наличие пьезоэлектрического и пироэлектрического эффектов, зависимость показателя преломления от величины приложенного электрического поля. Эти свойства определяют область применения сегнетоэлектриков — в конденсаторах, пьезоэлектрических устройствах, электрооптических системах, нелинейной оптике, различных температурных датчиках.

Материалы[править | править вики-текст]

Типичный представитель сегнетоэлектриков — сегнетова соль, двойная соль винной кислоты KNaC4H4O6·4Н2О; именно её название лежит в основе термина «сегнетоэлектрик». К сегнетоэлектрикам с более простой структурой относят целый ряд кристаллов со структурой перовскита, например, титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3, а также их твердые растворы (цирконат-титанат свинца), ниобат лития LiNbO3.

Другие физические свойства[править | править вики-текст]

Многие сегнетоэлектрики являются сегнетоэластиками[3] — веществами со спонтанной деформацией кристаллической решётки, возникающей в определенной области температур.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ГОСТ 21515-76
  2. 1 2 Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 166. — 688 с.
  3. Сегнетоэластики — новый класс кристаллических твердых тел — Гриднев С.А

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]