Физический энциклопедический словарь - сегнетоэлектрики

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ

Особенность С. состоит в сравнительно лёгком изменении величины P под влиянием электрич. полей, упругих напряжений, изменения темп-ры и др. (см. табл.).

Обычно С. не явл. однородно поляризованными, а состоят из доменов — областей с разл. направлениями поляризации (рис. 1). В результате суммарный электрич. дипольный момент образца практически отсутствует.

Рис. 1. Схематич. изображение доменов тетрагональной модификации ВаТiO3.,; стрелки и знаки (•) и (+) указывают на направление вектора Р.

Равновесная доменная структура С. отвечает минимуму свободной энергии кристалла. В идеальном кристалле она определяется балансом между уменьшением при образовании доменов энергии за счёт электростатич. вз-ствия разл. частей кристалла и увеличением энергии доменных границ. Доменная структура реального кристалла определяется природой и характером распределения его дефектов, а также историей образца. Число различных доменов, взаимная ориентация их спонтанной поляризации зависят от симметрии кристалла.

Под действием электрич. поля ξ доменные границы смещаются так, что объёмы доменов, поляризованных по полю, увеличиваются за счёт доменов, поляризованных против поля. В реальных кристаллах доменные границы обычно «закреплены» на дефектах и неоднородностях, и необходимы достаточно сильные электрич. поля, чтобы их перемещать по образцу. В сильном поле крист. образец становится однодоменным. После

выключения поля в течение длительного времени образец остаётся поляризованным. Для того чтобы суммарные объёмы доменов противоположного знака сравнялись, необходимо приложить достаточно сильное поле противоположного направления (коэрцитивное поле). Зависимость поляризации Р от напряжённости электрич. поля Е нелинейна и имеет вид петли гистерезиса.

Резкое изменение поляризации образца под действием электрич. поля за счёт смещения доменных границ обусловливает большую величину диэлектрич. проницаемости 8 многодомённого С. Значение  тем больше, чем слабее закреплены доменные границы на дефектах и на поверхности кристалла. Величина 8 в С. существенно зависит от напряжённости электрич. поля. Все С. в полярной фазе — пьезоэлектрики, причём их пьезоэлектрич. константы велики из-за больших . Пироэлектрич. постоянные С. также велики из-за сильной зависимости Р(Т).

При нагревании С. спонтанная поляризация, . как правило, исчезает при определённой темп-ре Тс, наз. точкой Кюри. В этой точке происходит фазовый переход С. из полярного состояния (полярной фазы) в неполярную (п а р а э л е к т р и ч е с к у ю) фазу. В разных С. Tc сильно различается (см. табл.). Величина спонтанной поляризации обычно сильно зависит от темп-ры в области фазового перехода и в самой точке перехода Tс исчезает либо скачком (фазовый переход первого рода, напр. в ВаТiO3), либо непрерывно (фазовый переход второго рода, напр. в сегнетовой соли). Сильная температурная зависимость (в полярной и неполярной фазах) наблюдается у диэлектрич. проницаемости , пьезоэлектрич. и др. констант С. С приближением к точке Кюри диэлектрич. проницаемость  резко возрастает (рис. 2). В большинстве С. выше точки Кюри зависимость диэлектрич. проницаемости от темп-ры имеет вид: =В(Т-T0), где В, Т0 — константы в-ва (Кюри —

674

Рис. 2. Зависимость Р(Т) и  (T) для триглицинсульфата; индексы a, b, с соответствуют направлениям вдоль трёх кристаллографич. осей; спонтанная поляризация возникает вдоль оси b.

Вейса закон для С.). Температура Кюри — Вейса Т0 совпадает с критической темп-рой Тс для фазовых переходов второго рода и T0<Tс для фазовых переходов первого рода.

Переход в полярную фазу может быть вызван либо смещением ионов (рис. 3), приводящим к изменению структур, либо упорядочением ориентации электрич. диполей, существовавших и в неполярной фазе. В нек-рых С. поляризация может возникать как вторичный эффект, сопровождающий перестройку структуры кристалла, не

Рис. 3. Элементарная ячейка сегнетоэлектрика в полярной фазе (а, б) и в неполярной фазе (в); стрелки указывают направление спонтанной поляризации.

связанную непосредственно с поляризацией. В таких С., наз. несобственными (напр., молибдат гадолиния),  слабо зависит от T и в точке фазового перехода невелико.

Вблизи точки фазового перехода наблюдаются изменения в фононном спектре кристалла. Во многих кристаллах частота одного из оптич. колебаний крист. решётки существенно уменьшается при приближении к Tc, особенно, если это фазовый переход второго рода.

Сегнетоэлектрич. материалы (монокристаллы, керамика, плёнки) широко применяются в качестве материалов с большими значениями  (конденсаторы) и пьезоэлектрич. констант (см. Пьезоэлектрические материалы). Резкое изменение проводимости вблизи фазового перехода в нек-рых С. используется для контроля и измерения темп-ры. Большая величина пироэлектрич. констант позволяет использовать С. в детекторах эл.-магн. волн (от видимого диапазона до субмиллиметрового). Благодаря сильной зависимости  от Е С. используют в нелинейных конденсаторах (в а р и к о н д а х). Зависимость показателя преломления n от Е обусловливает использование С. в качестве электрооптич. материалов.

• Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики, Л., 1971; Ж е л у д е в И. С., Основы сегнетоэлектричества, М., 1973; Б л и н ц Р., Ж е к ш Б., Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики, пер. с англ., М., 1975; Л а й н с М., Г л а с с Д., Сегнетоэлектрики и родственные им материалы, пер. с англ., М., 1981; С т р у к о в Б. А., Сегнетоэлектричество, М., 1979.

А. П. Лееанюк.