Ферроелектрлік материалдар: Олар не?

Ферроэлектрик материалдар не?

Ферроэлектрик материалдар - бұл ферроэлектричество қасиетін көрсететін материалдар. Ферроэлектричество - материалдың тағылымсыз электрлік поляризацияға ие болу қабілеті. Бұл поляризация кері бағыттағы электрлік алаң қолданылуымен айналысса (төмендегі сурет 1). Ферроэлектричество (және сондықтан ферроэлектрик материалдар) 1921 жылы Валасек Рокелле тамшысында анықталған.

Ферроэлектрик материалдың полярлығын кері бағыттағы тағылымсыз электрлік алаң арқылы ауыстыру "свитчинг" деп аталады.

Ферроэлектрик материалдар электрлік алаң алынғанынан кейін де поляризацияны сақтауға қабілетті. Ферроэлектрик материалдар ферромагниттік материалдармен ортақ қасиеттерге ие, олар тұрақты магнитті моментке ие. гистерезис циклі екеуі үшін де ұқсас.

Ортақ ұқсастықтардың барысына қарай, екеуінің префикси бірдей. Бірақ барлық ферроэлектрик материалдарда Ферро (темір) болуы керек емес.

Барлық ферроэлектрик материалдар пьезоэлектричество қасиетін көрсетеді. Бұл материалдардың қарама-қаршы қасиеттері антиферромагниттік материалдарда кездеседі.

Ферроэлектрик материалдар теориясы

Гинбург-Ландау теориясына сүйене отырып, электрлік алаң және қойылған күш жоқ болғанда ферроэлектрик материалдың жобалау энергиясы Тейлор қатары түрінде жазылады. Ол P (ретті параметр) терминдерінде жазылады:

(есептеу үшін алтын ретті қатар қолданылған)
Px → поляризация векторының компоненті, x
Py → поляризация векторының компоненті, y
Pz → поляризация векторының компоненті, z
αi, αij, αijk → коэффициенттер кристалл симметриясына қарай тұрақты болуы керек.
α0 > 0, α111> 0 → барлық ферроэлектриктер үшін
α11< 0 → бірінші ретті көбейту менен ферроэлектриктер
α0 > 0 → екінші ретті көбейту менен ферроэлектриктер

Ферроэлектриктердегі айырмашылықтарды зерттеу және домен құрылуын іздеу үшін фазалық модельде бұл теңдеулер қолданылады.

Адатта, олар эластичті термин, градиенттер термині және электростатикалық терминдер сияқты терминдерді қосып, бұл жобалау энергиясы теңдеуіне қолданылады.

Сызықтық эластиктік және Гаусс заңы шектеріне қатысты теңдеулерді сызықты айырмашылық әдісі арқылы шешу үшін қолданылады.

Ферроэлектриктің спонтанны және кубиктен тетрагоналға фазалық ауысуы жобалау энергиясының формуласынан алынады.

Ол P = ± Ps екі энергия минимумы бар екі құбылыс құбылысқа ие.
Ps → спонтанны поляризация

Өрнектерді қысқарту, теріс түбірді жою және α11 = 0 заманымен қойып, мынадай жазылады:

Поляризация және Гистерезис Циклі

Бірінші, біз диэлектрикалық материал алып, перифериялық электрлік алаң береміз. Поляризация әрқашан қолданылған алаңға пропорционал болады, төмендегі сурет 2-де көрсетілген сияқты.

Келесінде, біз параэлектрикалық материалды поляризациялап, біз линейлік емес поляризацияларды алуға болады. Бірақ, ол қолданылған алаң функциясы болып табылады, төмендегі сурет 3-те көрсетілген сияқты.

Келесінде, біз ферроэлектрик материал алып, электрлік алаң қолданамыз. Біз линейлік емес поляризацияларды алады.

Ол перифериялық алаң жоқ болғанда да нөлден айырмашылықты тағылымсыз поляризацияны көрсетеді.

Біз қолданылған электрлік алаңдың бағытын ауыстыру арқылы поляризацияның бағытын ауыстыруға болады.