Feromagnētiskie materiāli: Kas tie ir?
Kas ir Ferroelektriskie Materiāli?
Ferroelektriskie materiāli ir materiāli, kas parāda ferroelektričitāti. Ferroelektričitāte ir materiāla spēja izveidot spontānu elektrisko polarizāciju. Šo polarizāciju var mainīt, piemērojot ārējo elektrisko lauku pretējā virzienā (sk. attēlu 1 zemāk). Ferroelektričitāti (un tāpēc arī ferroelektriskos materiālus) 1921. gadā atklāja Valasek, pētot Rochelle sāli.
Ferroelektriskā materiāla polaritātes apgriešana, piemērojot ārējo elektrisko lauku, sauc par "apgriešanu".
Ferroelektriskie materiāli var uzturēt polarizāciju pat tad, kad elektriskais lauks tiek noņemts. Ferroelektriskie materiāli ir līdzīgi ferromagnetiskajiem materiāliem, kuri parāda pastāvīgu magnetisku momentu. Histerēzes lūkums ir gandrīz vienāds abiem materiāliem.
Tā kā ir līdzības, tos materiālus nosauc ar vienu un to pašu prefiksu. Tomēr ne visi ferroelektriskie materiāli satur dzelzs (ferro).
Visi ferroelektriskie materiāli parāda piezoefektu. Pretstatā šiem materiāliem stāv antiferromagnetiskie materiāli.
Ferroelektrisku Materiālu Teorija
Ferroelektriskā materiāla brīvā enerģija, balstoties uz Ginburga-Landau teoriju bez elektriskā lauka un jebkādas piemērotās deformācijas, var tikt izteikta kā Taileo izvērstne. Tā tiek uzrakstīta, izmantojot P (kārtības parametru) kā
(ja izmanto sestās kārtas izvērstni)
Px → polarizācijas vektora komponente, x
Py → polarizācijas vektora komponente, y
Pz → polarizācijas vektora komponente, z
αi, αij, αijk → koeficienti, kas jābūt konstantiem, atkarībā no kristāla simetriju.
α0 > 0, α111> 0 → visiem ferroelektriskajiem materiāliem
α11< 0 → ferroelektriskiem materiāliem ar pirmās kārtas pāreju
α0 > 0 → ferroelektriskiem materiāliem ar otrās kārtas pāreju
Lai pētītu dažādus fenomenus un domēnu veidošanos ferroelektriskos materiālos, šīs vienādojumu izmanto fāzveida modelī.
Parasti to izmanto, pievienojot dažas terminas, piemēram, elastības termiņu, gradienta termiņu un elektrostātisku termiņu šim brīvās enerģijas vienādojumam.
Izmantojot finitās diferences metodi, vienādojumi tiek atrisināti, ievērojot Lineārās elastības un Gausa likuma ierobežojumus.
Kubiska uz tetragonālo fāzu pāreja ferroelektriskā materiāla spontānās polarizācijas var tikt iegūta no brīvās enerģijas izteiksmes.
Tā ir divu potenciālu dubultās enerģijas minimuma rakstura ar P = ± Ps.
Ps → spontānā polarizācija
Vienkāršojot, noņemot negatīvo sakni un aizstājot α11 = 0 mēs iegūstam,
Polarizācija un Histerēzes Lūkums
Sākumā mēs ņemam dielektrikālā materiāla, un dota ārējā elektriskā lauka. Mēs redzam, ka polarizācija vienmēr būs proporcionāla piemērotajam laukam, kā tas ir attēlots attēlā 2.
Nākamais, kad mēs polarizējam paraelektrisku materiālu, mēs iegūstam nelineāru polarizāciju. Tomēr tā ir funkcija no lauka, kā tas ir attēlots attēlā 3.
Nākamais, mēs ņemam ferroelektrisku materiālu, un tam tiek dota elektriskā lauka. Mēs iegūstam nelineāru polarizāciju.
Tā arī parāda nenulles spontāno polarizāciju bez ārējā lauka.
Mēs arī redzam, ka mainot piemērotā elektriskā lauka virzienā, polarizācijas virziena var tikt mainīts vai apgriezts.
Tātad, mēs varam teikt, ka polarizācija būs atkarīga no pašreizējā un iepriekšējā elektriskā lauka stāvokļa. Histerēzes lūkums tiek iegūts, kā tas ir attēlots attēlā 4.
