гистерезис сегнетоэлектрический

ГИСТЕРЕЗИС СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ - неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации сегнетоэлектриков от внеш. электрич. поля E при его циклич. изменении. Сегнетоэлектрич. кристаллы обладают в определ. температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, т. е. возникающей в отсутствие внеш. электрич. поля) электрич. поляризацией Направление поляризации может быть изменено электрич. полем. При этом зависимость в полярной фазе неоднозначна, значение при данном зависит от предыстории, т. е. от того, каким было электрич. поле в предшествующие моменты времени (рис. 1). Осн. параметры Г. с.- остаточная поляризация кристалла при Е=0, значение поля Е_к, при котором происходит переполяризация (коэрцитивное поле), макс. поляризация , соответствующая полю Е_макс. Для совершенных монокристаллов петля Г. с. имеет форму, близкую к прямоугольной, и близко к (рис. 1, а). В реальных кристаллах и сегнетоэлектрич. керамике петля имеет иную форму, сильно отличается от , процесс переполяризации затягивается на большой интервал значений E (рис. 1, б).

Рис. 1. Зависимость поляризации от электрического поля E для сегнетоэлектрического кристалла в полярной фазе; а - идеальный кристалл, б - реальный сегнетоэлектрик.

Существование Г. с. следует из феноменологич. теории сегнетоэлектрич. явлений, в соответствии с к-рой в сегнетоэлектрич. кристалле возможно фиксированное число равновесных состояний с определ. направлением . В идеальном кристалле в отсутствие электрич. поля состоянию равновесия соответствует однородная поляризация; реальный кристалл, как правило, разбивается на домены, в к-рых ориентация соответствует указанным направлениям. В одноосных сегнетоэлектриках возможны лишь два противоположных направления вдоль полярной оси. Равновесным значениям отвечают два симметричных минимума на зависимости термодинамич. потенциала от поляризации (сплошная кривая, рис. 2). При наложении поля К в равновесии реализуется состояние с поляризацией, отвечающей минимуму ф-ции ; зависимость становится несимметричной (пунктир на рис. 2), и миним. значению соответствует то значение , к-рое совпадает по направлению с Е. Переполяризация происходит, когда перепад значений ф-ции , соответствующих ее минимумам, становится достаточно заметным, а высота потенциального барьера, разделяющего состояния с противоположной ориентацией ,- достаточно малой. При циклич. изменении E переполяризация будет происходить с запаздыванием, обусловливая образование петли Г. с. В идеальном кристалле коэрцитивное поле должно соответствовать такому искажению потенциального рельефа (рис. 2), при к-ром один из минимумов практически исчезает и изменение направления происходит скачком, одновременно по всему объёму кристалла. В реальных кристаллах процесс переполяризации протекает путём зарождения и разрастания в объёме кристалла областей с "благоприятным" по отношению к полю направлением поляризации.

-

Рис. 2. Зависимость термодинамического потенциала сегнетоэлектрического кристалла от поляризации при E=0 (жирная линия) и (тонкие линии).

В сегнетоэлектриках с фазовым переходом первого рода при темп-pax, несколько превышающих темп-ру фазового перехода T₀, в перем. полях формируются двойные петли Г. с. (рис. 3). Петли такого рода связаны с поляризацией, индуцируемой полем E в нара-электрической (неполярной) фазе. При увеличении поля на участке OB (в параэлектрич. фазе вблизи Т_с)зависимость близка к линейной, как в обычных диэлектриках; при E= в кристалле индуцируется спонтанная поляризация, к-рая исчезает при уменьшении поля в точке Е-. Возможность формирования двойных петель Г. с. связана с особенностями зависимости в параэлектрич. фазе вблизи Т_с (рис. 4). В параэлектрич. фазе, наряду с устойчивым состоянием =0 при E=0, возможно появление при боковых минимумов, соответствующих поляризованному состоянию. При увеличении поля и достижении значения E=, достаточного для исчезновения минимума ф-циипри =0, кристалл скачком изменяет свою поляризацию от 0 до . При обратном ходе скачок в устойчивое состояние О происходит при поле E=, соответствующем исчезновению бокового минимума. При изменении знака E изменяется и знак индуцируемой полем поляризации; в перем. поле зависимость имеет форму петли, состоящей из 2 лепестков (рис. 3).

Рис. 3. Двойные петли гистерезиса в сегнетоэлектриках.

Рис. 4. Зависимость Ф от поляризации в неполярной фазе вблизи Т_с при E =0, E=, E =.

Для наблюдения петель Г. с. обычно используются разл. модификации схемы Сойера - Тауэра (рис. 5).

Кристаллич. конденсатор С_к, состоящий из пластины полярного среза сегнетоэлектрич. кристалла с нанесёнными на него металлич. электродами, включается в мостовую схему [C₀ - ёмкость (C₀С_к), r₁ и r₂ - сопротивления]. Горизонтальное отклонение луча осциллографапропорционально электрич. напряжению, т. е. E. На вертик. пластины осциллографа подаётся напряжение , где Q - заряд на каждой из последовательно соединённых ёмкостей С_к и C₀. T. к. Q=(S-площадь электродов), то при циклическом изменении U на экране осциллографа наблюдается зависимость Q(U)или в определ. масштабе .

Рис. 5. Схема для наблюдения петель гистерезиса.

Лит. см. при ст. Сегнетоэлектрики. Б. А. Струков.

   <<      Предметный указатель      >>