Общие сведения о сегнетоэлектриках

Сегнетоэлектрики – диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т. е. поляризованностью в отсутствие внешнего электрического поля. Свое название сегнетоэлектрики получили от названия минерала — сегнетовой соли (NaKC₄H₄O₆4H₂O), для которой указанные свойства были обнаружены впервые.Наиболее распространенным сегнетоэлектриком является титанат бария ВаТiO₃.

Кристаллическая решетка титаната бария.

Сегнетоэлектрики отличаются от других диэлектриков нелинейной зависимостью поляризации от напряженности поля, что является следствием наличия в них электрических доменов. Домены — это области с различными направлениями поляризованности. Линейные размеры доменов, обычно, порядка , но могут доходить и до см

2 СтруктураПричиной образования доменов являются обменные силы, возникающие в результате обобществления электронов, принадлежащих соседним атомам. Эти силы действуют на межатомных расстояниях, т.е. являются силами близкодействия. Существование доменов объясняется стремлением кристалла к минимуму внутренней энергии. При возникновении спонтанной поляризации на внешней поверхности кристалла появляются поверхностные заряды, которые в свою очередь, должны создать внешнее деполяризующее поле. Деполяризующее поле стремится разрушить однородную поляризацию; в результате кристалл разбивается на домены, т.е. области, в которых векторы поляризации антипараллельны. Это состояние энергетически выгоднее, так как в данном случае уменьшается деполяризующее поле. Однако процесс разделения на домены не будет продолжаться бесконечно, потому что растут затраты энергии на образование доменных стенок. Стабильная поляризация доменов устанавливается при достижении энергетического баланса между процессами образования доменных стенок и деполяризующего поля.

Кристаллическая модификация, в которой сегнетоэлектрик спонтанно поляризован, называется полярной сегнетоэлектрической фазой, а модификация, в которой спонтанной поляризации нет - неполярной пароэлектрической фазой. Температура , при которой сегнетоэлектрик переходит из полярной фазы в неполярную (или обратно), называется диэлектрической точкой Кюри. Как правило, сегнетоэлектрик имеет только одну, точку Кюри, ниже которой он находится в полярной, а выше - в неполярной фазе. Исключения составляют сегнетова соль и изоморфные с ней соединения, а также соли и которые имеют две точки Кюри: нижнюю и верхнюю . Спонтанная поляризация наблюдается в температурной области, ограниченной этими точками.

В настоящее время разделяю два типа сегнетоэлектриков по механизму возникновения в них спонтанной поляризации: типа смещения и типа «порядок – беспорядок». Первый характерен для сегнетоэлектриков, имеющих кислородно – эктаэдрический тип структуры, и состоит в том что, в результате перестройки структуры, спонтанная поляризация возникает благодаря смещению определенных ионов и имеет направление, совпадающее с направлением смещения.

Для всех других сегнетоэлектриков (не являющихся кислородно – эктаэдрическими) переход в поляризованное состояние связан с упорядочением определенных элементов структуры, которые до перехода не находились в упорядоченном состоянии. Переход в таких кристаллах часто связан с упорядочением протонов водородных связей.