Фазовые переходы и спонтанная поляризация

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ И СПОНТАННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ [c.64]

Описывается установка для одновременной регистрации экзоэлектронной эмиссии и спонтанной поляризации при сегнетоэлектрических фазовых переходах. Измерение эмиссии производилось в вакууме 10 торр с помощью вторично-электронного умножителя ВЭУ-1А в диапазоне температур от 78 до 800 К. При работе схемы существует возможность визуального наблюдения, а также непосредственной авта,матической записи величины спонтанной поляризации как функции либо времени, либо температуры. [c.136]

Поляризация системы из спонтанно возникающих доменов и ориентационная поляризация имеют некоторое сходство, но их не спутаешь друг с другом. Это особенно наглядно при рассмотрении тепловых эффектов. Ориентационная поляризация, исчезающая вместе с полем, происходит из-за наличия постоянных дипольных моментов у молекул, а эти молекулы ориентируются случайным образом благодаря тепловому движению, поэтому эффект ориентационной поляризации зависит от температуры. С другой стороны, в кристалле сегнетоэлектрика молекулы имеют постоянные дипольные моменты, направление которых жестко фиксировано в одном домене тепловое движение не влияет на этот порядок. Тем не менее в кристаллах сегнетоэлектрика наблюдается другой тип температурного эффекта при некоторой определенной температуре 0с, называемой температурой Кюри, спонтанная поляризация исчезает. Это происходит из-за того, что в этой точке кристаллическая структура изменяется фазовый переход) и отдельные молекулы больше уже не имеют постоянных дипольных моментов (рис. 1.4.2). [c.31]

Переход через К. т. является фазовым переходом 2-го рода, характеризующимся плавным спаданием параметра перехода (например, спонтанной поляризации или намагниченности) по мере роста температуры Т и обращением его в нуль ири Т = S, отсутствием поглощения или выделения теплоты ири переходе и отсутствием эффекта переохлаждения или перегрева. [c.176]

Влияние внеш. электрич. поля существенно зависит от наличия в поверхностном слое спонтанной поляризации (характерной для воды и полярных жидкостей) и поверхностного электрич. потенциала. Если радиус кривизны поверхности много больше эфф. толщины поверхностного слоя, П. н. практически не зависит от формы поверхности. При достаточном уменьшении размера фазы эта зависимость появляется, причём П. и. определяется знаком кривизны поверхности для капель чистой жидкости уменьшается, а для пузырьков — возрастает с уменьшением их радиуса. При наличии искривлённой поверхности П. н. оказывает влияние и на состояние внутр. объёмной фазы повышаются её давление и химические потенциалы, давление равновесного пара (см. Кельвина уравнение), растворимость, меняется темп-ра фазового перехода, [c.648]

Существование электрического момента связано с изменением структуры сегнетоэлектрика в точках фазового перехода. Температура фазового перехода является критической для появления или исчезновения спонтанной поляризации сегнетоэлектрика и носит название температуры Кюри. Диэлектрическая проницаемость в точке Кюри достигает наибольшего значения, а выше этой температуры сегнетоэлектрические свойства исчезают. При снижении температуры ниже точки Кюри сегнетоэлектрические свойства появляются вновь. Однако сегнетокерамика не обладает пьезоэлектрическими свойствами. Они возникают только после того, как керамика будет подвергнута воздействию сильного постоянного электрического поля, в результате чего произвольно направленные диполи ориентируются под влиянием этого поля в одном определенном направлении. Этот процесс, носящий название поляризации, является характерным в производстве пьезокерамики. [c.195]

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]

Для линейных пироэлектриков спонтанно поляризованное состояние устойчиво всегда, при всех температурах (вплоть до разложения кристалла при нагреве). Для сегнетоэлектриков наличие спонтанной поляризации характерно только в определенном интервале температур. В этом интервале сегнетоэлектрические кристаллы, как правило, имеют различные кристаллические (структурные) модификации, и не все они обладают спонтанной поляризацией. Изменение структуры такого кристалла, сопровождаемое возникновением (исчезновением) спонтанной поляризации, называется фазовым переходом, а температура, ему соответствующая,— температурой фазового перехода или точкой Кюри. В области фазового перехода резко меняются и имеют аномалии почти все свойства кристалла электрические, оптические, механические и др. [c.37]

Любопытно отметить, что если кристалл испытывает несколько следующих один за другим сегнетоэлектрических фазовых переходов (отличающихся величиной и направлением спонтанной поляризации), то получить представление об изменении его симметрии при переходах можно, принимая, что каждый переход осуществляется из параэлектрической высокотемпературной модификации. Это позволяет говорить о том, что каждому новому сегнето-электрическому фазовому переходу как бы соответствует заход в параэлектрическую модификацию. [c.52]

То, что спонтанно поляризованный кристалл разбивается на домены, объясняется простыми энергетическими соображениями при разбиении на домены он понижает свою энергию за счет исчезнувшего электрического поля. Эти соображения, однако, не единственные. Домены могут возникать и потому, что при фазовом переходе в разных частях кристалла спонтанная поляризация может возникнуть в разное время п может иметь различное (но кристаллографически одинаковое) направление. Эти соображения особенно важны для антисегнетоэлектриков, у которых нет макроскопической спонтанной поляризации в этом случае энергия поля не исчезает при разделении кристалла па домены. [c.55]

Элементы термодинамики. Фазовые переходы в сегнетоэлектриках с возникновением (исчезновением) спонтанной поляризации можно трактовать с позиций зависимости энергии кристалла от температуры. Для описания этой энергии используются термодинамические функции свободной энергии, внутренней энергии, термодинамического потенциала, энтальпии и пр. Отличаются эти функции друг от друга тем, что они зависит от различных параметров (механические напряжения и механические деформации, электрическое поле и электрическая индукция, электрическая поляризация, температура и энтропия и т. д.). [c.64]

Коэффициенты электрострикции для кристаллов BaTiOg могут быть оценены по скачку параметров ячейки и спонтанной поляризации при температуре фазового перехода. Скачок спонтанной поляризации в этом случае составляет около 18 д.А -см , а относительные деформации (тоже скачкообразные) по рентгеновским измерениям равны Гз = 3,42-10 — 1,55-10 . Сопоставляя скачок Р (= Рз) и значения Гу, можно из уравнений [c.152]

Сегнетоэлектрики — вещества, обладаюш,ие спонтанной поляризацией (см. 5.3), направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств, которые проявляются лишь в определенном диапазоне температур. Температура Тк. (сег-негоэлектрическая точка Кюри) является температурой фазового перехода, ниже этой температуры сегнетоэлектрик обладает домен- [c.243]

УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЭКЗОЭЛЕКТРОННОИ ЭМИССИИ И СПОНТАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПРИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДАХ [c.96]

Установка для одновременной регистрации экзоэлектронной эмиссии и спонтанной поляризации при сегнетоэлектрических фазовых переходах. Бойкова Е. М.. Розенман Г. И, Физические свойства. металлов и сплавов. Вып. 2.. Межвузовский сборник. Свердловск, изд. УПИ им. С. М. Кирова, 1978, с. 96. [c.136]

При нагревании С. спонтанная поляризация, как правило, исчезает при определённой темп-ре Т , наз. точкой Кюри. В этой точке происходит фазовый переход С. из полярного состояния (полярной фазы) в неполярную (параэлектри-ческую) фазу. В разных С. сильно различается (см. табл.). Величина спонтанной поляризации обычно сильно зависит от темп-ры в области фазового перехода и в самой точке перехода Гс исчезает либо скачком (фазовый переход первого рода, напр, в ВаТ10з), либо непрерывно (фазовый переход второго рода, напр, в сегнетовой соли). Сильная температурная зависимость (в полярной и неполярной фазах) наблюдается у диэлектрич. проницаемости е, пьезоэлектрич. и др. констант С, С приближением к точке Кюри диэлектрич. проницаемость 8 резко возрастает (рис. 2). В большинстве С. выше точки Кюри зависимость диэлектрич. проницаемости от темн-ры имеет вид =В (Т— Го), где В, То — константы в-ва Кюри — [c.674]

Переходы в сегнетоэлектриках. Для этого вида веществ ниже точки Кюри возникает спонтанная электрическая поляризация,, обусловленная появлением дипольных моментов за счет специфического разделения в пространстве противоположно заряженных ионов. Фазовые переходы в сегнетоэлектриках принято подразделять на переходы типа порядок — беспорядок и типа смещения. К переходам последнего типа можно отнести рассмотренный выше переход в кристаллах ВаНОз. Переход типа порядок — беспорядок обнаружен в хорошо известных кристаллах KH2P04(KDP). В этих кристаллах для ионов Н, определяющих их поляризацию, имеются два (а не одно) положения равновесия (на водородной связи ОН. ..О), отстоящие одно от другого на 0,35 А. Выше температуры перехода оба положения равновесия заселены статистически равномерно, а ниже Тс появляется асимметрия заселенности, которая и приводит к поляризации. [c.260]

Рассматриваемые материалы представляют собой монокристаллы или поликристаллические вещества, в которых спонтанная поляризация при температурах ниже температуры фазового перехода е — точки Кюри может изменяться под воздействием внешнего электрического поля. К характерным особен1Юстям таких материалов при темпера-.туре Т<0 относятся наличие доменной структуры, диэлектрического гистерезиса и остаточной поляризованности после снятия поля [c.153]

Доменная структура (набор, размеры, форма и взаимное расположение Д.) отражает особенность ра.чвития фазового перехода в реальном кристалле, в частности независимое начало перехода из разных точек кристалла. В общем случае структура является неравновесной и имеет нерегулярный характер. Но если образование новой фазы сопровождается ноявленисм дадьподей-ствующих полей, возможно формирование равновесной доменной структуры, отвечающей минимуму энергии кристалла. Появление спонтанной намагниченности или поляризации сопровождается возникновением магн, и электрич. поля. Их источники — магн. полюсы или связанные электрич. заряды — расположены па [c.12]

При фазовом переходе 2-го рода происходит спонтанное нарушение симметрии — в низкотемпературной фазе оказывается отличным от нуля т. н. параметр порядка (вектор намагниченности в ферромагнетиках, вектор поляризации в сегнетоэлектриках и т. п.). При темп-рах, близких к точке фазового перехода Tf., параметр порядка сильно флуктуирует, причём характерный размер флуктуации (корреляц. радиус f.) неограниченно растёт по мере приближения к [c.61]

Пироэлектрические материалы а их практическое применение. Типичными П. являются турмалин, LijSOi HjO. Среди П. особое место занимают сегеето-электрики, в к-рых температурная область полярной фазы ограничена при повышении Т спонтанная поляризация уменьшается и исчезает в точке фазового перехода Вблизи [c.591]

СЕГНЕТОЭЛЁКТРИКИ — кристаллич. диэлектрики (полупроводники), обладающие в определённом диана-гоне темп-р спонтанной поляризацией, к-рая существенно изменяется под влиянием внеш. воздействий. Структуру С. можно представить как результат фазового перехода кристалла с искажением структуры (понижением симметрии) из неполярной структуры (пара-электрич. фазы) в полярную (сегнетоэлектрич. фазу). В большинстве случаев это искажение структуры такое же, как и при воздействии электрич. поля на кристалл в неполярной (п а р а э л е к т р и ч.) фазе. Такие С. ваз. собственными, а искажение неполярной структуры связано с появлением спонтанной электрич. поляризации. В ряде С. поляризация возникает как вторичный эффект, сопровождающий перестройку структуры, к-рая не связана непосредственно с поляризацией и не может быть вызвана электрич. полем. Такие С. наз. несобственными. [c.477]

Переход от линейного к квадратичному электроопти-ческому эффекту, как уже указывалось, наблюдается либо вблизи температуры фазового перехода НБС, либо при возникновении в кристалле полйдоменЦого состояния, когда в пем содержатся примерно равные количества доменов с противоположно ориентированными векторами спонтанной поляризации. Это весьма вероятно, так как размеры доменов в кристаллах НБС очень малы [49]. Вследствие зависимости линейного электрооптического эффекта от направления Р происходит его гашение, и наблюдается только квадг-ратичный эффект. О деполяризации кристаллов НБС можно судить по тому, что при приложении к кристаллу поля при температуре ниже перехода линейный эффект сначала возникает, а затем медленно спадает до нуля. При температуре вблизи перехода спад происходит быстро, а при температуре много выше перехода линейныи эффект вообще не наблюдается. [c.128]

Другим характерным параметром сегнетоэлектриков является сегнетоэлект-рическая (в отличие от магнитной — см. ч. V) точка Кюри — температура, при которой возникает (при охлаждении) или исчезает (при нагреве) спонтанная поляризация. После достижения точки Кюри происходит фазовый переход (первого рода, второго рода, размытый) из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое, когда Р., = 0. При этом изменяются симметрия кристалла, параметры элементарной ячейки, а значения диэлектрических, упругих, пьезоэлектрических, электрооптических и других характеристик имеют резкие максимумы и минимумы. [c.209]

В связи с наличием спонтанной поляризации и фазового перехода в точке Кюри сегнетополупроводники обладают рядом свойств, не присуш их обычным полупроводникам. [c.225]

Рассмотрим структуру одного из сегнетоэлектриков с водородной связью и ее изменения при фазовом переходе с возникновением спонтанной поляризации на примере КН3РО4 (КВР). Кристаллы КВР (дигидрофосфата калия) принадлежат к классу 52т тетрагональной системы. Кристалл имеет зеркально-поворотную ось четвертого порядка (ось с основного параллелепипеда и элементарной ячейки), две плоскости симметрии, проходящие через эту ось, и две оси симметрии второго порядка 2 (оси а ж Ь основного параллелепипеда), перпендикулярные оси 4. При комнатной температзфе и выше (вплоть до разложения) кристалл имеет несегнетоэлектрическую модификацию, т. е. является параэлектриком. Сегнетоэлектриче-ская модификация возникает в кристалле при —150 и существует ниже этой температуры. [c.41]

При фазовом переходе (—150°) структура КН2РО4 существенно не меняется, происходит лишь определенное упорядочение водородов в описанных выше водородных связях. Это упорядочение сводится к тому, что ниже этой температуры у верхних и нижних кислородов оба водорода (протона) находятся либо вблизи, либо вдали. Двум разным возможным вариантам такого упорядочения (один их которых изображен на рр1с. 15, б) соответствуют две противоположные ориентации спонтанной поляризации ( вверх и вниз по оси с). В пределах одного домена спонтанная поляризация всех элементарных ячеек направлена одинаково, а в соседних доменах — противоположно. [c.42]

Фазовый переход II рода с возникновением (исчезновением) спонтанной поляризации имеет место в кристаллах сегнетовой соли, триглицинсульфата и некоторых других. [c.67]

Условие а О, Р О, 7 0 также соответствует случаю спонтанного поляризованного кристалла — кривая G является в этом случае более сложной (рис. 33, а). Из рисунка видно, что кривая G имеет три минимума — один в начале координат при Реп = О и два других, соответствующие значениям Реп Ч= О- Если соотношение глубин минимумов зависит от температуры и потенциальные барьеры невелики, то будет иметь место переход из параэлектрического состояния в сегнетоэлектрическое. В отличие от предыдущего случая спонтанная поляризация (рис. 32, б) и энергия кристалла в точке перехода меняются скачком. Скрытая теплота превращения имеет конечное значение, что характерно для фазовых переходов I рода. Абсолютная величина скрытой теплоты превращения Д(2 определяется из соотножения [c.67]

Если положить теперь р О, то при достаточно малых положительных 2а. — изменение свободной энергии с возрастанием Рд будет следующим сначала возрастание от минимума при нуле, затем забывание до минимума ири некотором Р О и затем опять возрастание (см. рис. 32, а). При некоторой температуре (соответствующей малому, но положительному значению 2а1 — г) минимум при РаЧ= О становится меньше минимума при Рц == О и система совершает скачок из состояния с Р = О в состояние с Р =/= 0. Происходит фазовый переход I рода. Из равенства терхмодинамических потенциалов до и после перехода легко рассчитать скачок спонтанной поляризации как равной [c.70]

Возвращаясь к влиянию гидростатического сжатия на смещение температуры фазового перехода из тетрагональной модификации в кубическую для BaTiOg, заметим, что поле и давление оказывают противоположное влияние на смещение точки Кюри в этом кристалле. Это означает, что увеличение гидростатического давления в BaTiOg приводит к уменьшению его спонтанной поляризации в тетрагональной модификации. [c.72]

Рассмотрение влияния гидростатического сжатия на фазовые переходы в сегнетовой соли приводит к очень любопытным результатам. Оказывается, что в этом кристалле гидростатическое сжатие повышает температуру и BepxHeii (- -24°), и нижней точек Кюри (—18°). Повышение температуры верхнеГх точки Кюри идет более быстро, чем нижней, и в целом оказывается, что гидростатическое сжат11е расширяет интерва.п существования спонтанной поляризации в сегнетовой соли. Величина коэффициентов составляет для верхней точки Кюри у = 10,4 [c.72]

Электрическое поле делает более гладкой зависимость спонтанной поляризации от температуры в сегнетоэлектриках с фазовым переходом II рода (рис. 34, а). Поэтому здесь трудно говорить о смещении точки Кюри под действием поля. О таком смешении можно в какой-то мере говорить только при действии слабых полей. И величина коэффициентов д, характеризующих это смещение, оказывается малой для ТГС она составляет 0,012, для сегнетовой соли в верхнех точке Кюри 0,16 и в нижней —0,032 град, см /дин. Следовательно, в нижней точке Кюри внешнее поле смещает ее в область более низких температур (см. также стр. ИЗ). [c.73]

В ряде сегнетоэлектриков (сегнетова соль, дигидрофосфат ка.лия, триглицинсульфат и др.) возникновение спонтанной поляризации есть результат упорядочения определенных элементов структуры. Очевидно, для таких сегнетоэлектриков ни рассмотрение поляризуемостей, ни рассмотрение колебаний решетки пе даст нужных результатов при описании их фазовых переходов. [c.78]

По характеру зависимости спонтанной поляризации от температуры в титанате бария вблизи 120° имеет место фазовый переход I рода, а в верхней точке Кюри сегнетовой соли (как, по-видимому, и в нижней) — фазовый переход II рода. Последний тип перехода характерен и для тригли-цин сульфата Т . = +49°) область плавного роста Реп в этом кристалле составляет около 12°. Абсолютное значение Реп при комнатной температуре в этом кристалле равно около 3,2 д,к/см (рис. 40). [c.86]

Фазовый переход при —150° в КН2РО4 является промежуточным между фазовыми переходами I и II рода. Это видно но зависимости спонтанной поляризации этого кристалла от температуры (рис. 41). Из рисунка видно, что Реп в узком интервале температур (около 2°) практически достигает своего основного значения, которое при температуре 153° близко к 4 гк/см . [c.86]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...