Поляризация сегнетоэлектриков

Существует группа веществ, которые могут обладать спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью в отсутствие внешнего поля. Это явление было первоначально открыто для сегнетовой соли, в связи с чем подобные вещества получили название сегнетоэлектриков.

Сегнетоэлектрики отличаются от остальных диэлектриков рядом характерных особенностей:

1. В то время как у обычных диэлектриков ε составляет несколько единиц, достигая в виде исключения нескольких десятков (у воды, например ε = 81), диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков бывает порядка нескольких тысяч.

2. Зависимость Р от Е не является линейной (ветвь 1 на кривой, изображенной на рисунке ниже). Следовательно, диэлектрическая проницаемость оказывается зависящей от напряженности поля.

3. При изменениях поля значения поляризованности Р (а следовательно и смещения D) отстают от напряженности поля Е, в результате чего Р и D определяются не только величиной Е в данный момент, но и предшествующими значениями Е, т.е.зависят от предыстории диэлектрика. Это явление называется гистерезисом.

При циклических изменениях поля зависимость Р от Е следует изображенной на рисунке ниже кривой, называемой петлей гистерезиса. При первоначальном включении поля поляризованность растет с Е в соответствии с ветвью 1 кривой.

Уменьшение Р происходит по ветви 2. При обращении Е в нуль вещество сохраняет значение поляризованности Рr, называемое остаточной поляризованностью. Только под действием противоположно направленного поля напряженности Е_с поляризованность становится равной нулю. Это значение напряженности называется коэрцитивной силой. При дальнейшем изменении Е получается ветвь 3 петли гистерезиса, и т.д.

Поведение поляризованности сегнетоэлектриков аналогично поведению намагниченности ферромагнетиков. По этой причине сегнетоэлектрики называют иногда ферроэлектриками.

Сегнетоэлектриками могут быть только кристаллические вещества, причем такие, у которых отсутствует центр симметрии. Так, например, кристаллы сегнетовой соли принадлежат к ромбической системе. Взаимодействие частиц в кристалле сегнетоэлектрика приводит к тому, что их дипольные моменты спонтанно устанавливаются параллельно друг другу. В исключительных случаях одинаковая ориентация дипольных моментов распространяется на весь кристалл. Обычно же в кристалле возникают области, в пределах каждой из которых дипольные моменты параллельны друг другу, однако направления поляризации разных областей бывают различны, так что результирующий момент всего кристалла может быть равен нулю. Области спонтанной поляризации называются также доменами. Под действием внешнего поля моменты доменов поворачиваются как целое, устанавливаясь по направлению поля.