Mga Materyales nga Ferroelectric: Ano Kini?

Ano ang mga Materyales na Ferroelectric?

Ang mga materyales na ferroelectric mao ang mga materyales nga nagpakita og ferroelectricity. Ang ferroelectricity mao ang kapangyarihan sa materyal nga mag-ila sa spontaneous nga elektrik polarization. Kini nga polarization mahimo mog baliktob pinaagi sa paghatag og external electric field sa kabalaka nga direksyon (figure 1 sa ubos). Ang ferroelectricity (ug angay ferroelectric materials) natukod ni Rochelle salt ni Valasek sa tuig 1921.

Ang pagbaliktob sa polarity sa materyal nga ferroelectric pinaagi sa paghatag og external electric field gitawag og “switching”.

Mahimo sa mga materyales na ferroelectric ang pag-maintain sa polarisation tungod kay wala nay electric field. Ang mga materyales na ferroelectric adunay pipila ka similarities sa ferromagnetic materials, nga nagpakita og permanent magnetic moment. Ang hysteresis loop sama ra sa duha ka materyales.

Tungod kay adunay similarities, ang prefix sama ra sa duha ka materyales. Apan dili tanan nga materyales na ferroelectric adunay Ferro (iron).

Tanang ferroelectric materials nagpakita og piezoelectric effect. Ang opposed properties sa materyales kini makita sa antiferromagnetic materials.

Teorya sa Mga Materyales na Ferroelectric

Ang free energy sa materyal nga ferroelectric batasan sa Ginburg-Landau theory wala electric field ug bisan unsang applied stress mahimong isulat gamit ang Taylor expansion. Isulat kini pinaagi sa P (order parameter) as

(kon sixth-order expansion ang gamiton)
Px → component of polarization vector, x
Py → component of polarization vector, y
Pz → component of polarization vector, z
αi, αij, αijk → coefficients dapat constant sa crystal symmetry.
α0 > 0, α111> 0 → para sa tanang ferroelectrics
α11< 0 → ferroelectrics sa first-order transition
α0 > 0 → ferroelectrics sa second-order transition

Para sa pag-investigate sa lain-laing phenomena ug domain formation sa ferroelectrics, ang equations kini gamiton sa phase-field model.

Karanihang gamiton kini pinaagi sa pagdugang og pipila ka terms sama sa elastic term, gradient term, ug electrostatic term sa free energy equation.

Pinaagi sa finite difference method, ang equations gi-solve subject sa Linear elasticity ug Gauss’s law constraints.

Ang cubic to the tetragonal phase transition sa spontaneous polarization sa ferroelectric makakuha gikan sa expression sa free energy.

Adunay karakter sa dual well potential sa double energy minima sa P = ± Ps.
Ps → spontaneous polarization

Pinaagi sa simplification, pag-eliminate sa negative root, ug substitute α11 = 0 kita,

Polarization ug Hysteresis Loop

Unsaon, kita mopili og dielectric material, ug peripheral electric field ang ibutang. Makita nato nga ang polarization direct proportional sa applied field, representado sa figure 2.

Sulod, kon kita polarise og paraelectric material, kita makakita og nonlinear polarization. Apan function sa field, representado sa figure 3.

Sulod, kita mopili og ferroelectric material, ug electric field ang ibutang. Kita makakita og nonlinear polarization.

Kini usab nagpakita og nonzero spontaneous polarization wala peripheral field.

Makita nato nga pinaagi sa pag-invert sa direction sa applied electrical field, ang direction sa polarization mahimo mog invert o change.

Konsekwente, kita masulti nga ang polarization depende sa present ug previous condition sa electric field. Ang hysteresis loop nakuhit sa figure 4.

Curie Temperature

Ang properties sa materyales kini exist lang sa baba sa definite phase conversion temperature. Sa itaas sa temperature, ang materyal mohon paraelectric materials.