페로전기 소재: 무엇인가?

페로전기 물질이란?

페로전기 물질은 페로전기를 나타내는 물질입니다. 페로전기는 물질이 자발적인 전기 극화를 가질 수 있는 능력을 의미합니다. 이 극화는 반대 방향의 외부 전기장을 적용함으로써 역전시킬 수 있습니다 (아래 그림 1 참조). 페로전기(그리고 따라서 페로전기 물질)는 1921년 Valasek에 의해 Rochelle salt에서 발견되었습니다.

외부 전기장을 통해 페로전기 물질의 극성 역전을 "스위칭"이라고 합니다.

페로전기 물질은 전기장이 제거된 후에도 극화를 유지할 수 있습니다. 페로전기 물질은 영구적인 자기 모멘트를 보이는 페로자기 물질과 유사한 점이 있습니다. 히스테리시스 루프는 두 가지 물질 모두 거의 동일합니다.

유사성이 있으므로 두 가지 물질 모두 같은 접두사를 사용합니다. 그러나 모든 페로전기 물질이 반드시 철(Fe)을 포함하지는 않습니다.

모든 페로전기 물질은 압전 효과를 나타냅니다. 이러한 물질의 반대 특성은 반페로자기 물질에서 볼 수 있습니다.

페로전기 물질의 이론

Ginburg-Landau 이론에 따르면, 전기장이나 어떤 응력도 없는 페로전기 물질의 자유 에너지는 Taylor 확장을 통해 작성할 수 있습니다. P(순서 매개변수)의 함수로 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

(여섯 번째 차수 확장을 사용할 경우)
Px → 극화 벡터의 x 성분
Py → 극화 벡터의 y 성분
Pz → 극화 벡터의 z 성분
αi, αij, αijk → 결정 대칭성에 따라 일정해야 하는 계수.
α0 > 0, α111> 0 → 모든 페로전기에 대해
α11< 0 → 첫 번째 순서 전이를 가진 페로전기
α0 > 0 → 두 번째 순서 전이를 가진 페로전기

페로전기에서 다양한 현상과 도메인 형성을 조사하기 위해 이러한 방정식은 위상 필드 모델에서 사용됩니다.

보통, 탄성 항, 기울기 항, 정전기 항과 같은 몇 가지 항을 이 자유 에너지 방정식에 추가하여 사용됩니다.

방정식은 선형 탄성과 가우스 법칙 제약 조건 하에 유한 차분법을 사용하여 해결됩니다.

페로전기의 자발적 극화의 입방에서 사방 상 전이는 자유 에너지 표현으로부터 얻을 수 있습니다.

P = ± Ps에서 이중 에너지 최소치가 있는 이중 웰 잠재력의 특성을 가지고 있습니다.
Ps → 자발적 극화

단순화하고, 음의 근을 제거하고, α11 = 0로 치환하면,

극화와 히스테리시스 루프

먼저, 다이일렉트릭 물질을 가져오고, 주변 전기장을 줍니다. 극화는 항상 적용된 전기장에 비례할 것이며, 그림 2에서 볼 수 있습니다.

다음으로, 우리는 파라전기 물질을 극화시키면, 그림 3에서 보듯이 비선형 극화를 얻습니다.

다음으로, 전기장을 가진 페로전기 물질을 가져옵니다. 우리는 비선형 극화를 얻습니다.

주변 전기장이 없더라도, 그것은 0이 아닌 자발적 극화를 나타냅니다.

또한, 적용된 전기장의 방향을 역전시키면, 극화의 방향도 역전되거나 변경될 수 있습니다.

따라서, 극화는 현재와 이전의 전기장 상태에 의존한다고 말할 수 있습니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 히스테리시스 루프를 얻게 됩니다.

큐리 온도