§ 262а. Сегнетоэлектрики

Большое значение для техники имеет класс пироэлектриков, обладающий следующей особенностью: повышение температуры приводит к исчезновению пироэлектрических свойств. При температуре превращения (точке Кюри) наблюдается максимум диэлектрической проницаемости. Температурная зависимость удовлетворяет закону температура Кюри.

Таким образом, в сегнетоэлектриках (название происходит от сегнетовой соли — типичного представителя этого класса веществ) имеет место переход из поляризованного упорядоченного состояния в неполяризованное.

Поведение сегнетоэлектриков аналогично поведению ферромагнетиков. Так же, как и ферромагнетики, эти интересные диэлектрики обладают огромными значениями диэлектрической проницаемости (сотни и тысячи единиц), обнаруживают отчетливые гистерезисные явления, обладают точкой Кюри. Наряду с сегнетоэлектриками, в доменах которых все диполи параллельны, существуют антисегнетоэлектрики, в которых направления диполей чередуются.

Нет нужды повторять все рассуждения, проводимые 266; они полностью применимы и здесь. Все сказанное о влиянии поля, о поляризации путем смещения границ доменов, о причинах дробления кристалла на мелкие домены справедливо и для сегнетоэлектриков.

Рис. 289.

В настоящее время известно более сотни различных веществ, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. Различные кристаллы могут обладать несколько отличными механизмами поляризации.

Довольно хорошо изучены явления, происходящие в семействе веществ с формулой так называемых «перовскитов». К ним относится и наиболее известный сегнетоэлектрик титанат бария.

На рис. 289 изображена структура титаната бария. Точка Кюри титаната бария лежит при При температурах выше это вещество обладает простой элементарной ячейкой. Ячейка — кубическая, в центре находится атом титана, в вершинах куба — атомы бария, а в центрах граней — атомы кислорода. Структура центросимметрична, и кристаллы выше не относятся к

пироэлектрикам. При понижении температуры происходит фазовый переход и структура меняется: одно из ребер куба становится на длиннее, чем два других, кристалл становится тетрагональным. При этом превращении происходит сдвиг атома титана в сторону одного из кислородных атомов. Это направление теперь станет особенным, и вдоль него будет направлен вектор поляризации. Ясно, что у кристалла титаната бария имеется не одно направление легкой поляризации, а три, так как сдвиги вдоль трех осей куба вполне равноценны.

При охлаждении ниже точки Кюри ( С для кристалла титаната бария) разные области кристалла могут превратиться в разноориентированные домены. Приобретая доменную структуру, кристалл становится механически напряженным: одни участки кристалла сжимаются, другие расширяются. Доменный кристалл, собственно говоря, не является монокристаллом: трехмерный дальний порядок вдоль всего кристалла теряется.

При дальнейшем понижении температуры титанат бария терпит еще одно фазовое превращение примерно при однако не перестает быть сегнетоэлектриком.

Рассмотрим подробнее искажения симметричной кубической структуры, наступающие при охлаждении ниже температуры Нейтронографическими измерениями показано, что деформация, отсчитываемая по отношению к решетке ионов бария, состоит в смещенияхо ионов титана на А и ионов кислорода на —0,10 А и —0,05 А. Неравные смещения ионов кислорода и показывают, что одно из ребер куба становится при сегнетоэлектрическом превращении особенным, в соответствии с тем, что кубическая сингония меняется на тетрагональную.

Между отрицательно заряженными ионами кислорода и положительным ионом титана образуется плечо диполя. Если спроектировать все заряды на особенное направление, полагая, что атомам недостает соответственно 2 и 4 электронов, а атомы кислорода имеют два лишних электрона, то на элементарную ячейку придется электрический диполь Так как элементарная ячейка имеет объем то вектор поляризации будет равен

Непосредственное измерение вектора поляризации дает в пределах ошибок опыта ту же величину.