Ferroelektrik Materiallar: Nədir?
Ferroelektrik Material Nədir?
Ferroelektrik materiallar, ferroelektriklik qabiliyyətinə malik olan materiallardır. Ferroelektriklik, materialın müntəzəm elektrik polaryzası olmasıdır. Bu polaryzasiya, zidd istiqamətdən tətbiq edilən elektrik sahası ilə dəyişdirilə bilər (aşağıdakı şəkil 1). Ferroelektriklik (və beləliklə ferroelektrik materiallar) 1921-ci ildə Valasek tərəfindən Rochelle suyu ilə aşkar edilmişdir.
Dışarıdan tətbiq olunan elektrik sahası vasitəsiylə ferroelektrik materialın polaryzasının dəyişdirilməsi "switching" adlanır.
Ferroelektrik materiallar, elektrik sahanın silinməsindən sonra polaryzasiyanı saxlaya bilirlər. Ferroelektrik materiallar, ferromagnetik materiallar üzərindən bəzi oxşarlıqlara malikdir, bu materiallar müntəzəm maqnit momenti göstərir. Histerizis döngüsü hər iki material üçün nəticə itibarı ilə eynidir.
Oxşarlıqlar olduğundan, hər iki material üçün prefiks eynidir. Amma bütün ferroelektrik materialların demək olar ki, dəmir (ferro) olmalıdır.
Bütün ferroelektrik materiallar piezoelektrik effekt göstərir. Bu materialların mukabil xüsusiyyətləri antiferromagnetik materialarda müşahidə olunur.
Ferroelektrik Materiallar Teorisi
Ginburg-Landau teoriyası əsasında, elektrik saha və heç bir təsirli gerginlik olmadan ferroelektrik materialın azad enerjisi Taylor açılışı kimi yazılabilir. P (tərtib parametri) cinsindən yazılmışdır:
(əgər altıncı mertebedən açılış istifadə olunsa)
Px → polaryzasiya vektorunun x komponenti
Py → polaryzasiya vektorunun y komponenti
Pz → polaryzasiya vektorunun z komponenti
αi, αij, αijk → koeffisientlər kristal simmetriyasına uyğun olmalıdır.
α0 > 0, α111> 0 → bütün ferroelektriklər üçün
α11< 0 → birinci mertebedən keçid olan ferroelektriklər üçün
α0 > 0 → ikinci mertebedən keçid olan ferroelektriklər üçün
Ferroelektriklərdə fərqli hadisələrlər və domen formasını araşdırmak üçün bu tənliklər faz sahə modelində istifadə olunur.
Adətən, bu azad enerji tənliyinə elastik termin, gradient termin və elektrostatik termin kimi bəzi terminlər əlavə edilir.
Tənliklər, sonlu fərqlənənlər metodu ilə Cüllin elastikiyyəti və Gauss qanunu məhdudlaşmalarına əsasən həll olunur.
Ferroelektrikin müntəzəm polaryzasının kubikdən tetragonal faz keçidi, azad enerji ifadəsindən əldə edilə bilər.
Bu, P = ± Ps səviyyəsində iki enerji minimumu olan ikiqovurlu potensial xarakterini çoxaldır.
Ps → müntəzəm polaryzasiya
Sadeleşdirilərək, mənfi kök aradan qaldırılanda və α11 = 0 qoymaqda:
Polaryzasiya və Histerizis Döngüsü
Öncə, dielektrik material götürülür və periferik elektrik saha verilir. Göstərilən Şəkil 2-də görüldüyü kimi, polaryzasiya həmişə tətbiq olunan sahaya müvəqqəti olaraq proporsional olacaqdır.
Sonra, paraelektrik materialı polarlaşdırdığımızda, doğrusal olmayan polaryzasiya alırıq. Lakin, Şəkil 3-də göstərilən kimi, bu sahadan asılıdır.
Sonra, elektrik saha verilən ferroelektrik material götürülür. Doğrusal olmayan polaryzasiya alırıq.
Bu, periferik saha olmadan da sıfırdan fərqli müntəzəm polaryzasiya göstərir.
Elektrik sahanın istiqamətini dəyişdirərək, polaryzasiyanın istiqamətinin dəyişdirilə biləcəyini görə bilərik.
Beləliklə, polaryzasiyanın elektrik sahanın cari və əvvəlki vəziyyətinə asılı olduğunu deyə bilərik. Histerizis döngüsü Şəkil 4-də göstərilən kimi əldə edilir.
