Сегнетоэлектрики. Диэлектрический гистерезис. Темпе-ратура Кюри

2. Для сегнетоэлектриков отсутствует линейная зависимость меж-ду вектором поляризации P и вектором напряженности E электриче-

ского поля. Следовательно, диэлектрическая проницаемость (и ди-электрическая восприимчивость æ) сегнетоэлектриков оказывается зависящей от напряженности поля (рис. 2.10.1). Для остальных ди-электриков величина (и æ) не зависит от напряженности Е поля.

О Е

Рис. 2.10.1

3. Для сегнетоэлектриков характерно явление диэлектрического гистерезиса (от греч. hysteresis – запаздывание). При изменении по-ля значения поляризованноcти Р (или электрического смещения D) сегнетоэлектрика отстают от напряженности внешнего электриче-ского поля Е, в результате чего Р (и D) определяются не только ве-личиной Е в данный момент, но и предшествующими значениями, т. е. зависят от предыстории диэлектрика (от его предшествующих состояний поляризации). При циклических изменениях поля зави-симость Р от Е изображается кривой (рис. 2.10.2), называемой пет-

лей гистерезиса.

P

2

Основная кривая

Петля гистерезиса

3

Рис. 2.10.2

При повышении напряженности Е увеличение поляризованности Р определяется кривой 1, которая нелинейна. Если затем уменьшать Е, то имеет место «запаздывание» в уменьшении поляризованности Р (кри-вая 2). При Е = 0 поляризованность Р = Р _ост (остаточная поляризация).

Для снятия остаточной поляризации нужно создать электрическое поле противоположного направления (Е = – Е _к – коэрцитивная сила, от лат. coercitio –удерживание).Дальнейшее уменьшение значения напря-женности приводит к возникновению поляризации противоположного направления, а последующее уменьшение модуля Е вновь характери-зуется «запаздыванием» в изменении значения Р (кривая 3). В резуль-

тате периодического изменения электрического поля Е (от Е ^* до Е ^*) кривые 2, 3 для поляризованности Р образуют характерную петлю гистерезиса. Кривая 1 называется основной кривой поляризации сегне-тоэлектрика.

4. Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. При температурах, превышающих определенное значение T_k, различ-ное для разных веществ, эти свойства исчезают. При достижении этой температуры имеет место превращение сегнетоэлектрика (фазовый переход) в обычный полярный диэлектрик. Указанная температура называется температурой (или точкой) Кюри (в честь французского физика Пьера Кюри). Например, для титаната бария точка Кюри ле-жит около 80°С, а для сегнетовой соли существуют две точки Кюри: +22,5 и –15°С, и сегнетоэлектрические свойства наблюдаются только при температурах, лежащих между этими точками.

5. Экспериментальные и теоретические исследования показали, что поляризация сегнетоэлектриков является следствием взаимо-действия всех молекул сегнетоэлектрика, в связи с чем диполи эле-ментарных ячеек кристалла выстраиваются в определенном направ-лении под действием внутреннего электрического поля, созданного соседними молекулами сегнетоэлектрика. При этом образуются са-мопроизвольно поляризованные области – домены, в пределах ко-торых все диполи ориентированы в одном направлении. Эта спон-танная (самопроизвольная) поляризация соответствует минимуму энергии домена.

При отсутствии внешнего поля дипольные моменты доменов расположены хаотически, и макроскопический образец сегнетоэлек-трика неполяризован (Р = 0). Если такой сегнетоэлектрик поместить во все возрастающее по модулю внешнее электрическое поле Е, то происходит переориентация доменов, отмечается преимущественное увеличение тех доменов, дипольные моменты которых ориентирова-ны в направлении поля Е, а также уменьшаются размеры доменов

с противоположной ориентацией дипольных моментов. В сильных полях наступает явление насыщения, и весь образец представляет собой один макродомен (рис. 2.10.3).

E = 0

а

E > 0

P

б

Рис. 2.10.3

E >> 0

P

в

При температуре T > T_k доменная структура разрушается.