Vitambaa Ferroelectric: Ni Nini?

Ni viwango ni vitu vya Ferroelectric?

Vitu vya Ferroelectric ni vitu vilivyovyoa uwezo wa kuwa na polarization ya kiharakati. Uwezo huo unaweza kubadilishwa kwa kutumia mzunguko wa umeme katika mti tofauti (tuseme 1 chini). Ferroelectricity (na hivyo vitu vya Ferroelectric) vilivyopatikana kwa wakati wa Rochelle salt na Valasek mwaka 1921.

Mabadiliko ya polarity ya chombo cha Ferroelectric kupitia kutumia mzunguko wa umeme wa nje inatafsiriwa kama “switching”.

Vitu vya Ferroelectric vinaweza kukidhi polarization hii hata tangu mzunguko wa umeme ukawaondolewa. Vitu vya Ferroelectric vina maudhui machache na vitu vya ferromagnetic, ambavyo vinavyonyesha magnetic moment daima. Hysteresis loop ni sawa kabisa kwa vitu vyote.

Kwa sababu kuna maudhui machache, prefix ni sawa kwa vitu vyote. Lakini vitu vyote vya Ferroelectric hazipaswi kuwa na Ferro (chuma).

Vitu vyote vya Ferroelectric vinavyoonyesha piezoelectric effect. Maudhui hayo ya vitu vya Ferroelectric yanavyopambanuliwa katika vitu vya antiferromagnetic.

Theory of Ferroelectric Materials

Uwezo wa kifupi wa vitu vya Ferroelectric kunatumia teoria ya Ginburg-Landau bila mzunguko wa umeme na stress yoyote iliyotumika unaweza kutathmini kama Taylor expansion. Inandai kwa P (order parameter) kama

(kama sixth-order expansion itatumika)
Px → component of polarization vector, x
Py → component of polarization vector, y
Pz → component of polarization vector, z
αi, αij, αijk → coefficients should be constant with the crystal symmetry.
α0 > 0, α111> 0 → for all ferroelectrics
α11< 0 → ferroelectrics with the first-order transition
α0 > 0 → ferroelectrics with second-order transition

Kwa kutafuta matukio tofauti na domain formation katika vitu vya ferroelectrics, equations hizi hutumiwa katika phase-field model.

Marahibu, hutumika kwa kuongeza vipengele kadhaa kama vile term ya elastic, term ya gradient, na term ya electrostatic kwenye equation ya free energy hii.

Kutumia finite difference method, equations hizi husuluhishwa kwa Linear elasticity na Gauss’s law constraints.

Transition ya cubic hadi tetragonal phase ya spontaneous polarization ya ferroelectric inaweza kupatikana kutoka kwa expression ya free energy.

Ina tabia ya dual well potential na double energy minima kwenye P = ± Ps.
Ps → spontaneous polarization

Kwa kusimplify, kutoa negative root, na substitute α11 = 0 tunapata,

Polarization and Hysteresis Loop

Kwanza, tutachagua dielectric material, na mzunguko wa umeme wa pembeni utatumiwa. Tunaweza kuona kwamba polarization itakuwa moja kwa moja na field iliyotumika, ikizindibishwa kwenye figure 2.

Kisha, tuki polarize paraelectric material, tunapata polarization isiyofanana. Hata hivyo, ni kwa njia ya field, kama inavyoonyeshwa kwenye figure 3.

Kisha, tutachagua ferroelectric material, na mzunguko wa umeme utatumiwa. Tunapata polarization isiyofanana.

Inaonyesha nonzero spontaneous polarization bila mzunguko wa pembeni.

Tunaweza pia kuona kwamba kwa kubadilisha mti wa mzunguko wa umeme uliotumika, mti wa polarization unaweza kubadilishwa au kubadilika.

Hivyo, tunaweza kusema kwamba polarization itategemea kwenye hali ya sasa na ya zamani ya mzunguko wa umeme. Hysteresis loop inapatakiwa kama kwenye figure 4.

Curie Temperature