Feromagnetski materijali: Što su to?
Što su feroelektrični materijali?
Feroelektrični materijali su materijali koji pokazuju feroelektričnost. Feroelektričnost je sposobnost materijala da ima spontanu električnu polarizaciju. Ova polarizacija može se obrnuti primjenom vanjskog električnog polja u suprotnom smjeru (slika 1 ispod). Feroelektričnost (i stoga feroelektrični materijali) otkrivena je 1921. godine od strane Valaseka na Rochelle soli.
Obrtanje polariteta feroelektričnog materijala putem primjene vanjskog električnog polja naziva se "prebacivanje".
Feroelektrični materijali mogu održavati polarizaciju čak i nakon uklanjanja električnog polja. Feroelektrični materijali imaju neke sličnosti s feromagnetskim materijalima, koji pokazuju trajan magnetni moment. Histereticka petlja je skoro ista za oba materijala.
Budući da postoje sličnosti, prefiks je isti za oba materijala. No, svi feroelektrični materijali ne moraju imati željezo (Ferro).
Svi feroelektrični materijali pokazuju piezoelektrični učinak. Suprotne osobine ovih materijala vidljive su u antiferomagnetskim materijalima.
Teorija feroelektričnih materijala
Slobodna energija feroelektričnog materijala temeljena na teoriji Ginburg-Landau bez električnog polja i bilo kakvog primijenjenog naprezanja može se napisati kao Taylorova ekspanzija. Napisana je u pogledu P (parametar redoslijeda) kao
(ako se koristi šestoredna ekspanzija)
Px → komponenta vektora polarizacije, x
Py → komponenta vektora polarizacije, y
Pz → komponenta vektora polarizacije, z
αi, αij, αijk → koeficijenti trebaju biti konstantni s kristalnom simetrijom.
α0 > 0, α111> 0 → za sve feroelektrike
α11< 0 → feroelektrici s prijelazom prvog reda
α0 > 0 → feroelektrici s prijelazom drugog reda
Za istraživanje različitih pojava i formiranje domena u feroelektrikama, ove jednadžbe se koriste u faznoj modelu.
Obično se koriste dodavanjem nekih termina, poput elastičnog termina, gradijentnog termina i elektrostatičnog termina ovoj jednadžbi slobodne energije.
Jednadžbe se rješavaju metodom konačnih razlika uz ograničenja linearne elastičnosti i Gaussovog zakona.
Prelaz kubnog u tetragonalni fazi spontane polarizacije feroelektrika može se dobiti iz izraza za slobodnu energiju.
Ima karakter dualnog potencijala sa dvostrukim energetskim minimumima na P = ± Ps.
Ps → spontana polarizacija
Po pojednostavljenju, eliminaciji negativnog korijena i zamjeni α11 = 0 dobivamo,
Polariacija i histereticka petlja
Najprije uzimamo dielektrični materijal, i dajemo vanjsko električno polje. Možemo vidjeti da će polariacija uvijek biti direktno proporcionalna primijenjenom polju, prikazano na slici 2.
Sljedeće, kada polariziramo paraelektrični materijal, dobivamo nelinearnu polarizaciju. Međutim, to je funkcija polja, kao što je prikazano na slici 3.
Sljedeće, uzimamo feroelektrični materijal, i dajemo mu električno polje. Dobivamo nelinearnu polarizaciju.
Također pokazuje nenultu spontanu polarizaciju bez vanjskog polja.
Možemo također vidjeti da se promjenom smjera primijenjenog električnog polja, smjer polarizacije može obrnuti ili promijeniti.
Stoga možemo reći da će polarizacija ovisiti o trenutnom i prethodnom stanju električnog polja. Histereticka petlja se dobiva kao na slici 4.
