חומרים פרו-אלקטריים: מה הם?

מהן חומרים פרואלקטריים?

חומרים פרואלקטריים הם חומרים המציגים פרואלקטריות. פרואלקטריות היא היכולת של החומר להחזיק פולריזציה חשמלית ספונטנית. הפולריזציה הזו יכולה להיפוך על ידי יישום שדה חשמלי חיצוניחשמלי בכיוון הפוך (ר' ציור 1 למטה). הפרואלקטריות (ולכן גם חומרים פרואלקטריים) התגלתה על ידי וולאסק באמצעות מלח רושל ב-1921.

הפיכת הקוטב של חומר פרואלקטרי באמצעות יישום שדה חשמלי חיצוני נקראת "החלפה".

חומרים פרואלקטריים יכולים לשמור על הפולריזציה אפילו אחרי הסרת השדה החשמלי. לחומרים פרואלקטריים יש כמה דמיונות עם חומרים פרומגנטיים, המגלה מומנט מגנטי קבוע. הלולאה ההיסטרטית כמעט זהה עבור שני החומרים.

מאחר שיש דמיונות, הקידומת היא אותו הדבר עבור שני החומרים. אבל לא כל חומר פרואלקטרי חייב להכיל ברזל (Ferro).

כל החומרים פרואלקטריים מציגים אפקט פיאזואלקטרי. התכונות הנגדות של החומרים הללו נראות בחומרים אנטי-פרומגנטיים.

תורת החומרים הפרואלקטריים

אנרגיה חופשית של חומר פרואלקטרי מבוססת על תורת גינבורג-לנדאו ללא שדה חשמלי ולחץ כלשהו ניתן לכתוב כפיתוח טיילור. הוא נכתב במונחים של P (פרמטר סדר) כך

(אם משתמשים בפיתוח מסדר שישית)
Px → מרכיב וקטור הפולריזציה, x
Py → מרכיב וקטור הפולריזציה, y
Pz → מרכיב וקטור הפולריזציה, z
αi, αij, αijk → מקדמים צריכים להיות קבועים בהתאם לסימטריה של הגביש.
α0 > 0, α111> 0 → לכל חומרים פרואלקטריים
α11< 0 → חומרים פרואלקטריים עם מעבר מסדר ראשון
α0 > 0 → חומרים פרואלקטריים עם מעבר מסדר שני

לחקירת תופעות שונות והיווצרות תחומי ערך בפרואלקטריים, משוואות אלו משמשות בתוכנית השדה הפאזה.

בדרך כלל, זה נעשה על ידי הוספת מספר טרמינלים כגון טרמינל אלסטי, טרמינל גרדיאנטי וטרמינל אלקטרוסטטי למשוואה זו של האנרגיה החופשית.

משוואות אלה מתוקנות בשיטת ההבדלים הסופיים, תחת אילוצי אלסטיות ליניארית וחוק גאוס.

מעבר קובייתי לטטרה גונלי של הפולריזציה הספונטנית של פרואלקטרי יכול להתקבל מהביטוי לאנרגיה חופשית.

יש לו מאפיינים של פוטנציאל באר כפולה עם שתי נקודות מינימום של אנרגיה ב-P = ± Ps.
Ps → פולריזציה ספונטנית

על ידי הפשטה, השמירה על השורש החיובי והצבת α11 = 0 מקבלים,

פולריזציה ללולאת היסטרזה

ראשית, אנחנו ניקח חומר דייאלקטרי, ויינתן שדה חשמלי חיצוני. ניתן לראות שהפולריזציה תמיד תהיה פרופורציונית ישירות לשדה המופעל, כפי שמוצג בציור 2.

לאחר מכן, כאשר אנו פולריזים חומר פראיילקטרי, אנו מקבלים פולריזציה לא ליניארית. עם זאת, זהו פונקציה של השדה, כפי שמוצג בציור 3.

לאחר מכן, אנחנו ניקח חומר פרואלקטרי, ויינתן לו שדה חשמלי. אנו מקבלים פולריזציה לא ליניארית.

הוא גם מציג פולריזציה ספונטנית לא אפסית ללא שדה חיצוני.

אנחנו יכולים גם לראות כי על ידי הפיכת כיוון השדה החשמלי המופעל, ניתן להפוך או לשנות את כיוון הפולריזציה.

לכן, אפשר לומר שהפולריזציה תלויה במצב הנוכחי והקודם של השדה החשמלי. ללולאת ההיסטרזה מתקבלת כמו בציור 4.

טמפרטורת קירי

תכונות החומרים הללו קיימות רק מתחת לטמפרטורה מסוימת של המרה של פאזה. מעל לטמפרטורה זו, החומר יהפוך לחומר