Домены сегнетоэлектрика

Среди электрических кристаллов центральное место принадлежит сегнетоэлектрикам. Такими кристаллами являются, например, сегнетова соль, титанат бария, дигидрофосфат калия. Сегнетоэлектрики — электрический аналог ферромагнетиков. Они спонтанно поляризованы, разбиваются на отдельные области — домены. Сегнетоэлектрики имеют высокую диэлектрическую проницаемость, из них можно делать малогабаритные конденсаторы большой емкости. В районе температуры возникновения (исчезновения) спонтанной поляризации (в области фазового перехода) сегнетоэлектрики испытывают аномалию практически всех физических свойств тепловых, механических, электрических, оптических. Природа этих аномалий еще не до конца понята, но резкое изменение свойств сегнетоэлектриков может быть выгодно использовано в измерительной аппаратуре и радиоаппаратуре. [c.6]

Очевидна трудность исследования распространения волн в кристаллах с доменной структурой рассматриваемая здесь теория, в которой предполагается гладкость всех полевых величин в объеме тела (нет разрывов), не пригодна для этой ситуации. Однако если подходящим образом приложить пространственно однородное сильное электрическое поле, то домены сегнетоэлектрика, спонтанная поляризация которых направлена вдоль электрического поля, будут расти за счет других доменов, пока весь образец не станет однородно поляризованным. Кроме того, в соответствии с замечанием в гл, 1, сегнетоэлектрики, становящиеся пьезоэлектриками, приобретают удивительные пьезоэлектрические свойства, которым могут сопутствовать интересные динамические взаимодействия, что и будет продемонстрировано в следующих параграфах. Таким образом, мы будем считать, что извне приложены однородные сильные электрические и магнитные поля оЕ и оН, так что начальная конфигурация твердого тела Жи очевидно, не совпадающая с X/ , не имеет деформаций. Соответствующее нелинейное стационарное решение обозначается через [c.482]

Диэлектрическая релаксация 439, 505 Длинноволновое приближение 456 Доменная стенка 404, 524 Домены сегнетоэлектрика 30 [c.550]

Таким образом, деление сегнетоэлектрика на домены приводит к снижению энергии деполяризации. В то же время при этом воз- [c.299]

Рис. 8.14. Деление сегнетоэлектрика на домены

Особые свойства сегнетоэлектриков определяются их структурой вместо отдельных поляризованных молекул в кристаллах сегнетоэлектрика существуют целые области однородной поляризации (домены). [c.88]

Самопроизвольная поляризация наблюдается только у одного класса диэлектриков — сегнетоэлектриков. При охлаждении сегнетоэлектрика ниже определенной температуры, которую называют точкой Кюри, самопроизвольно, без внешних воздействий, возникает поляризация. Объем сегнетоэлектрика разбивается на домены, в каждом из которых вещество сильно поляризовано. В отсутствие поля домены расположены беспорядочно, и суммарная поляризация Р равна нулю. При наложении поля поляризация увеличивается нелинейно благодаря переориентации доменов. При циклическом изменении поля от +Е т -Е возникает петля гистерезиса (рис. 18.23). Когда напряженность поля возрастает, поляризация Р достигает насыщения при этом е увеличивается до максимального значения и вновь уменьшается. По аналогии с ферромагнетиками напряженность поля Ес, при которой меняется направление поляризации, называется коэрцитивной силой. Когда Ес < 0,1 МВ/м, сегнетоэлектрик является мягким когда Ес > 1МВ/м — жестким. Известно около 500 сегнетоэлектриков. Они принадлежат к классу активных диэлектриков, которые используются для генерации и преобразования электрических сигналов. Между электрическими, механическими, тепловыми и другими свойствами сегнетоэлектриков существуют нелинейные зависимости. Значения свойств вблизи точки Кюри имеют максимумы или минимумы. В частности, максимальное значение е достигается около точки Кюри. [c.601]

Спонтанная (самопроизвольная) поляризация — это поляризация, возникающая под влиянием внутренних процессов в диэлектрике, без внешних воздействий. Объем сегнетоэлектрика, как правило, разделен на домены — области с различным направлением векторов спонтанной поляризованности Р . В результате этого суммарная поляризованность образца в целом равна нулю (как и намагниченность ферромагнетиков). [c.208]

Известны два типа диэлектриков, обладающих спонтанной поляризацией пироэлектрики и сегнетоэлектрики. В пироэлектриках электрические диполи всех элементарных ячеек кристалла ориентированы в одном направлении (рис. 13, а). В сегнетоэлектриках одинаковая ориентация диполей элементарных ячеек имеет место в пределах одного домена, в то время как в доменах диполи ориентированы по-разному (рис. 13, б). Следовательно, понятие пироэлектрик является более общим, и сегнетоэлектрики — частный случай пироэлектриков сегнетоэлектрики есть пироэлектрики, разбивающиеся на домены. [c.32]

Сегнетоэлектрики — спонтанно поляризованные диэлектрики, разбивающиеся на домены. Формально сегнетоэлектрики являются электрическим аналогом ферромагнетиков, однако по существу они составляют подкласс пироэлектриков сегнетоэлектрики представляют собой пироэлектрики, разбивающиеся на домены. [c.36]

Разделение сегнетоэлектриков на домены обусловливает ряд его нелинейных свойств, и в первую очередь нелинейную зависимость электрической поляризации, создаваемой внешним полем, от величины этого поля. Это объясняется тем, что направление поляризации в доменах сегнетоэлектриков во внешнем поле может быть измене- [c.37]

В табл. 4 после символов групп стоят в скобках цифры, указывающие число направлений, кристаллографически равных тому направлению, по которому происходит ориентированная спонтанная поляризация. Легко видеть, что совокупность всех доменов, ориентированных равномерно по всем кристаллографически равным направлениям, приводит к тому, что макроскопически, в целом, кристалл сегнетоэлектрика, разбитый на домены, имеет ту же группу симметрии, которую он имел до перехода [c.52]

Титанат бария и некоторые другие кислородно-октаэдрические сегнетоэлектрики широко используются в промышленности как пьезоэлектрики не в виде монокристаллов, а в виде пьезокерамики. Пьезокерамика представляет собой совокупность кристалликов малых размеров. Под действием внешнего электрического поля домены таких монокристаллов устанавливаются (ориентируются) в некотором преимущественном направлении и образуют пьезоэлектрическую текстуру (гл. V). [c.141]

Показано, что, несмотря на полную экранировку зарядов, в изотропном сегнетоэлектрике между двумя разноименными зарядами действует сила притяжения, не зависящая от расстояния. Механизм конфайнмента — поверхностное натяжение на границе 180-и градусного домена, связывающего заряды. [c.201]

Диэлектрическая прослойка между металлом и сегнетоэлектриком, увеличивая деполяризующее поле, усиливает описанные явления, а также может служить одной из причин разбиения сегнетоэлектрика на домены. [c.152]

Заметим, что разбиение ферромагнетика на домены аналогично рассмотренному в гл. 8 разбиению на домены сегнетоэлектрика. Домены образуются также в антиферромагнетиках, антисегнетоэлектрнках и сверхпроводниках. [c.344]

Наиболее характерной особенностью сегнетоэлектриков является то, что зависимость их поляризации Р от поля Е имеет вид петли гистерезиса (рис. 8.13). Существование гистерезиса в сегне-тоэлектриках связано с наличием сегнетоэлектрических доменов объемных областей, в каждой из которых дипольные моменты ориентированы одинаково, но в соседних доменах векторы Р направлены различно. Такие домены были обнаружены экспериментально в титанате бария. [c.299]

Процессы миграционной поляризации одни из самых медлен ных. Время на их завершение изменяется в пределах 1—10" с Спонтанная (самопроизвольная) поляризация. Доменная полярн эация. Сегнетоэлектрики. Характерные для сегнетоэлектриков свой ства впервые были обнаружены у сегнетовой соли. В дальней шем сегнетоэлектриками стали называть вещества, свойства кото рых подобны свойствам сегнетовой соли. В сегнетоэлектриках даже в отсутствие электрического поля наблюдается самопроизвольное смещение частиц — ионов в ионных кристаллах или полярных радикалов молекул, которое приводит к несовпадению центров положительного и отрицательного зарядов в объеме диэлектрика, т.е. поляризации. Такая поляризация называется спонтанной (самопроизвольной). В результате в диэлектрике образуются области-домены, где все частицы, обусловливающие самопроизвольную поляризацию, смещены в одном направлении. В этом направлении ориентирован и вектор спонтанной поляризованности Р, домена. В со- [c.157]

Кристаллы некоторых сегнетоэлектриков и антисегнетоэлект-риков имеют сильно выраженный электрооптический эффект (анти-сегнетоэлектрики, как и сегнетоэлектрики, также имеют доменное строение, однако спонтанная поляризованность каждого домена у них равна нулю, так как дипольные моменты внутри каждого домена сориентированы антипараллельно). Электрооптический эффект [c.244]

Для практич. целей важны П., в к-рых у сохраняет высокие значения в достаточно широком интервале Т. Ряд сегнетоэлектриков удовлетворяет этому условию осн. препятствие их применения — деполяризация из-за разбиения кристаллов на домены. Используются разл. способы сохранения в кристаллах монодоменно-го состояния введение в растущий кристалл примесей, у облучение в электрич. поле для кристаллов с высокими Tjj — охлаждение при переходе через в электрич. поле. При введении примесей и облучении в сегнетоэлектриках возникают внутр. поля, достигаю- [c.591]

Домены в сегнетоэлектриках существуют при температурах, не превышающих некоторой температуры б, — температуры так называемой сегнето-электрической точки Кюри. При температуре 9 в сегнетоэлектрике происходит фазовый переход второго рода — кристалл переходит из сегнетоэлек-трического состояния в обычное диэлектрическое состояние. При сегнетоэлектрик ведет себя как обычный диэлектрик, причем зависимость его диэлектрической проницаемости от температуры в этой области температур описывается соотношением [c.89]

Рассмотрим влияние доменной структуры сегнето-электриков на ГВГ в случае, когда световые лучи распространяются нормально к обоим направлениям спонтанной поляризации, т. е. сегнетоэлектрик разбит на 180°-пые домены. Па 180°-ной доменной стенке изменяется фаза силовой волны на я, которая затем вызывает измепепие амплитуды свободной волны на величину, равную, но противоположную по направлению силовой волне. Если доменные стенки имеют протяженность 4, получим усиление второй гармоники, эквивалентное изменению эффективной длины генерации гармоники от 1с до длины кристалла I, т. е. эквивалентное выполнению условия фазового согласования. [c.367]

Как видно из табл. 3.1, наибольшее — уже макроскопическое — перемещение связанных зарядов происходит в с.чучае миграционной поляризации, обычной для неоднородных диэлектриков (слоистых или содержащих инородные включения). Накопление электрических зарядов на границах неоднородностей (слоев, пор, включений) приводит к объемно-зарядной поляризации. Объемный заряд существенно повышает электрическую емкость конденсатора, содержащего неоднородный диэлектрик. Миграционная поляризация, однако, уже не может быть отнесена к микроскопическим механизмам появления электрического момента. В диэлектриках, содержащих большие дипольные группы (домены в сегнетоэлектриках или капельки полярной жидкости в неполярной), в электрическом поле происходит переориентация или пограничная перезарядка таких областей — макродиполей. Очевидно, что как величина смещения зарядов, так и время релаксации для миграционной поляризации максимальны (см. табл. 3.1). [c.64]

Пьезоэлектрические материалы получают различными способами. Монокристаллы выращиваются различными методами из растворов и расплавов. Керамику получают высокотемпературным синтезом из смеси оксидов или предварительно синтезированной шихты заданной стехиометрии [12]. После синтеза сегнетоэлект-рическая керамика не обладает пьезоэффектом, так как ее доменная структура разупорядочена. Поэтому керамику поляризуют, нагревая в сильном электрическом поле. Поскольку коэрцитивное поле сегнетоэлектриков понижается с ростом температуры (см. 4.2), домены в нагретом состоянии ориентируются и после охлаждения пьезокерамики образуют текстуру, сохраняющуюся в течение многих лет. [c.133]

Наиболее интересным образом спонтанная поляризация проявляется в сегнетоэлектриках — веществах, где Рс может изменять направление под действием электрического поля. Поэтому сегне-тоэлектрики можно определить как подкласс пироэлектриков, в которых спонтанно поляризованное состояние является лабильным (податливым) и существенно изменяется под действием электрического поля, температуры, давления (рис. 6.7) и других факторов. При переполяризации электрическое поле, практически не изменяя модуля Рс. меняет ее направление (см. рис. 6.7,а). Повышение температуры выше критической приводит к исчезновению Рс (см. рис. 6.7,6). В линейных пироэлектриках воздействие Е, Т или р также изменяет Рс, но в существенно меньшей степени Рс обращается в нуль только при плавлении полярного кристалла. Поэтому сегнетоэлектрики можно называть нелинейными пироэлектриками, а также пироэлектриками, разбивающимися на домены [77, 80—84]. [c.176]

Нелинейность сегнетоэлектриков. Реориентируемая поляризация является главной особенностью сегнетоэлектриков и отражена в их определении [3, 4, 36, 86, 87]. На рис. 6.9,а приведена петля диэлектрического гистерезиса — главная характеристика доменной нелинейности сегнетоэлектриков. Как и в ферромагнетиках, гистерезис обусловлен переориентацией доменов первоначально домены ориентируются с увеличением Е (штриховая кривая), после чего наступает насыщение и рост Р Е) замедляется. [c.187]

Два противоположных значения спонтанной поляризации сег-нетоэлектрика (+Рс и —Рс) в сегнетоэлектрических кристаллах могут длительно сохраняться, обеспечивая тем самым в запоминающих устройствах ЭВМ запись и хранение информации по двоичному коду. Например, импульс положительной полярности ориентирует домены и приводит к остаточной поляризации, примерно равной +Рс- Последующий положительный считывающий импульс в этом случае не приводит к переполяризации и ток через сегнетоэлектрический элемент памяти оказывается ничтожно малым. Если же записан отрицательный импульс, то при считывании происходит переполяризация — скачок поляризации от —Рс до +Рс, что приводит к импульсу тока через сегнетоконден-сатор. Аналогичным образом сегнетоэлектрическая пленка может управлять током канального транзистора, если сегнетоэлектрик используется в качестве подзатворного диэлектрика (напыляется в ходе изготовления микросхемы). [c.188]

Домены выше точки Кюри отсутствуют, поэтому высокочастотные диэлектрические потери (которые в сегнетоэлектриках обусловлены доменами) в параэлектриках сравнительно невелики и их можно использовать в качестве нелинейных диэлектриков вплоть до частот 10 —10" Гц. Диэлектрическая проницаемость параэлектриков зависит как от температуры, так и от электрической напряженности [c.190]

Для придания сегнетоэлектрику пироэлектрических свойств необходима его поляризация или монодомени-зацпя (в образце, разбитом на домены, суммарная поляризованность, а следовательно, и пирокоэффициент равны нулю). Поляризацию осуществляют путем выдержки готового детектора или выращенного кристалла под постоянным напряжением при повышенных температурах, чуть ниже 7] . Для фиксации однодоменного состояния поляризованные кристаллы иногда подвергают облучению, вводят определенные легирующие добавки или используют пару электродов из различных металлов. [c.244]

Как уже отмечалось, будучи спонтанно поляризованными сегнетоэлектрики разбиваются на домены. В самых общих чертах это явление обусловлено тем, что в результате разбиения свободная энергия уменьшается за счет снижения энергии электростатического поля зарядов спонтанной поляризации. Процесс разбиения на домены не может идти беспредельно, так как на образование границ между ними затрачивается определенная энергия. Видимо, равенство между энергией, выигрываемой за счет уменьшения энергии электростатического поля, и той энергией, которая необходима для образования стенок, ставит предел дальнейшему разбиению. Эти соображения справедливы для разомкнутого кристалла, но и в случае закороченного кристалла разбиение на домены тоже должно иметь место хотя бы потому, что в разных точках кристалла зародыпш спонтанно поляризованных областей могут иметь различные направления поляризации. [c.37]

При рассмотрении возможных границ менгду доменами в сегнетоэлектриках должны учитываться не только геометрические соображения, но и условие электрической нейтральности границы, отвечаюш,ее минимуму энергии кристалла. Это обусловливает необходимость такой ориентации диполей в соседних доменах, нри которой проекция вектора поляризации на границу со стороны одного домена равна по ве.пнчине и противоположна по знаку проекции вектора поляризации другого (соседнего) домена (ориентация доменов но типу голова диполей одних доменов примыкает к хвосту диполей соседних доменов). [c.55]

Метод травления состоит в изучении фигур травления концов доменов, имеющих противоположную полярность. В силу этой полярности скорость травления и фигуры травления на противоположных концах различны. В элек-тролюминесцентном методе используется то обстоятельство, что из-за высокой емкости переполяризующих-ся участков сегнетоэлектриков люминифор светится именно в тех участках конденсатора, в которых домены подвижны. [c.57]

Наиболее важные сведения о строении доменов сегнетоэлектриков, однако, были получены оптическими методами. Изучение доменов в этом случае ведется в обычном поляризационном микроскопе. К сожалению, этот метод применим не всегда если соседние компоненты двойников-доменов имеют одинаково ориентированные оптические индикатриссы (случай ТГС, например), то различить такие домены, увидеть границу между ними простым оптическим методом, как правило, не удается. [c.57]

При макроскопических измерениях спонтанной поляризации Реи кристалл сегнетоэлектрика, разбитый на домены, необходимо предварительно монодоменизировать. Однако пряхмые статические измерения спонтанной поляризации по величине связанного заряда монодоменизи-рованного кристалла осуществить трудно из-за отмечавшейся выше электропроводности кристалла и наличия свободных зарядов в окружающей атмосфере. Поэтому в сегнетоэлектриках (как зачастую и в линейных пироэлектриках) величину Реи определяют не непосредственно, а через измерения пьезоэффекта, пироэффекта, величины поляризации при быстрой переполяризации (переориентации доменов) кристалла и т. д. Наиболее широко используется метод петель диэлектрического гистерезиса. Эти петли по внешнему виду напоминают известные петли упругого и магнитного гистерезиса. [c.82]

Вообще говоря, ка дому кристаллу присущи те или иные особенности зависимости Реи = Реп ( )- Заметим лишь, что абсолютная величт1на Реп для разлттчных сегнетоэлектриков лежит в интервале 10 —10 1к/см . В этих же пределах находится и абсолютное значение Реп Для линейных пироэлектриков. [c.86]

Статические и импульсные поля. В отсутствие внехпних поле11 сегнетоэлектрик, разбитый на домены, не обладает макроскопической поляризацией на достаточно большом (макроскопическом) участке его поверхности доли положительно и отрицательно заряженных участков кристалла одинаковы. Приложение поля приводит к росту доли одной из компонент домена и уменьшению другой. В полностью заполяризованном образце все домены ориентированы в одном направлении доля одной компоненты равна О, другой — 100%. [c.87]

Здесь для простоты рассматривается сегнетоэлектрик, имеющий только аЕггапараллельные домены. [c.87]

Сегнетоэлектрики обладают пироэлектрическими свойствами только в монодоменизированном состоянии, т. е. в состоянии, когда спонтанная поляризация всех доменов ориентирована в одном направлении. Как уже отмечалось, разбитый на домены кристалл сегнетоэлектрика имеет симметрию пироэлектрического неполярного кристалла и пиросвойствами обладать не может. Пиросвойствами, однако, может обладать так называемый униполярный кристалл, т. е. кристалл, имеющий преимущественную ориентацию доменов по какому-либо из направлений. Но пироэффект униполярных кристаллов большого интереса [c.105]

Сегнетоэлектрики. Все сегнетоэлектрики, по крайней мере в полярных сегнетоэлектрических модификациях, обладают пьезоэлектрическими свойствами. При макроскопическом рассмотрении разбитого на домены кристалла как целого могут встретиться два случая наличие и отсутствие пьезосвойств. Все зависит от того, обладал ли данный кристалл пьезоэлектрическими свойствами в параэлектрической модификации, до фазового перехода (т. е. имел ли кристалл в этой модификации центр симметрии). Если кристалл не имел центра симметрии, т. е. был пьезоэлектриком до фазового перехода, то в соответствии с принципом о возвращении кристалла после разделения на домены в прежнюю группу симметрии (гл. II), он будет обладать пьезоэлектрическими свойствами и после фазового перехода, Гпосле разбиения на домены, в полидоменном состоянии. Типичными примерами такого типа фазовых переходов являются переходы с возникновением спонтанной поляризации в дигидрофосфате калия (KDP) и сегнетовой соли. Для кристаллов, являюпщхся центросимметричными в параэлектрической фазе, характерны центросимметричная конфигурация доменов и отсутствие пьезоэффекта. Такого вида фазовые переходы имеют место, например, в титанате бария и триглицинсульфате (ТГС). [c.137]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...