lab4:свойства

Это старая версия документа!


К сегнетоэлектрикам относятся кристаллические диэлектрики, обладающие следующими свойствами:

  1. В сегнетоэлектрических кристаллах существует спонтанная поляризация ${\vec P}_{s} $ в отсутствие внешнего поля. Такое состояние кристалла называется полярным (или сегнетоэлектрическим) состоянием. Величина спонтанной поляризации для различных сегнетоэлектриков лежит в интервале $10^{-7}\div 10^{-5} \frac{Кл}{см^2}.$ В обычных щелочно-галоидных кристаллах столь большие значения индуцированной поляризации могут быть достигнуты в полях $10^{7}\div 10^{8} \frac Вм.$

\item При нагреве кристалла выше \textit{точки Кюри} \textit{T${}_{c}$} кристалл из полярного состояния переходит в \textit{неполярное (}или\textit{ параэлектрическое) состояние}, в котором ${\bf P}_{S} =0.$ Некоторые кристаллы находятся в полярном состоянии в определенной области температур, поэтому они характеризуются также \textit{нижней точкой Кюри}. Кристалл в неполярном состоянии является обычным диэлектриком, в котором при приложении внешнего поля возникает обычная \textit{индуцированная поляризация} (электронная, ионная и ориентационная).

\item В области фазового перехода происходит резкое изменение величины спонтанной поляризации и диэлектрической восприимчивости, а также некоторых других оптических, механических и тепловых свойств. Сегнетоэлектрики характеризуются высоким значением диэлектрической проницаемости, сильно зависящей от температуры. В области выше фазового перехода температурная зависимость диэлектрической проницаемости аппроксимируется полуэмпирическим \textit{законом Кюри – Вейсса} \begin{equation} \label{GrindEQ__1_} \varepsilon \approx \frac{C}{T-T_{0} } , \end{equation} \end{enumerate} где \textit{С} – \textit{константа Кюри}; \textit{T${}_{0}$} – \textit{температура Кюри – Вейсса} (\textit{T${}_{c}$}~\textit{$\approx$}~\textit{T${}_{o}$, }поэтому в дальнейшем мы будем использовать обозначение \textit{T${}_{c}$} для температуры фазового перехода).

\begin{enumerate} \item В полярном состоянии кристалл сегнетоэлектрика имеет \textit{доменную структуру}. В пределах каждого домена дипольные моменты всех элементарных ячеек кристалла, образующие ${\bf P}_{s} $, ориентированы одинаково, в соседних же доменах векторы ${\bf P}_{s} $ направлены в произвольных направлениях. Следствием доменной структуры является \textit{гистерезисная зависимость} между электрической индукцией и полем ${\bf D}{\rm (E})$ и между поляризацией кристалла и полем ${\bf P}({\bf E}).$ \end{enumerate}

В настоящее время известно более ста веществ, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. Наиболее широко известны кристаллы сегнетовой соли, дигидрофосфата калия и титаната бария, характеристические параметры для которых приведены в табл. 1 (\textit{T${}_{c}$} – температура Кюри; \textit{P${}_{s}$} – спонтанная поляризация (при указанной в скобках температуре); \textit{C} – константа Кюри).

\noindent \textit{Таблица 1}

\noindent \textbf{Сегнетоэлектрические кристаллы}

\begin{tabular}{|p{0.8in}|p{0.9in}|p{0.5in}|p{0.6in}|p{0.4in}|} \hline \textbf{Наименование} & \textbf{Химическая формула} & \textbf{\textit{T${}_{c}$, }K} & \textbf{\textit{P${}_{s}$${}_{\ }$ \newline }10${}^{-6\ }$Кл/см${}^{2}$} & \textbf{\textit{C},\textit{ }K}
\hline \newline Сегнетова соль & \newline NaKC${}_{4}$H${}_{4}$O${}_{6}$·4H${}_{2}$O & 297 (верхняя)\newline 255\newline (нижняя) & \newline 0,25 (268 K) & \newline 2,2·10${}^{3}$
\hline Дигидрофосфат калия & KH${}_{2}$PO${}_{4}$ & 123 & 4,75 (96 K) & 3,3·10${}^{3}$
\hline Титанат бария & BaTiO${}_{3}$ & 393 & 26,0 (296 K) & 1,5·10${}^{5}$
\hline \end{tabular}