в силу наявності тертя між доменами, процес переполяризації не проходить за первісною кривої, а йде з деяким відставанням. Аналогічно відбувається переполяризації і в електричному полі протилежного знака. Величина спонтанної поляризації визначається екстраполяцією гілки насичення петлі гістерезису до нульового значення напруженості електричного поля. Поле, необхідне для зменшення величини до нуля називається коерцитивною полем. [1,5]
Петлю гістерезису легко відтворити на осцилографі. З цією метою два конденсатори і з'єднуються послідовно і харчуються змінним струмом від одного і того ж генератора (малюнок 3). Конденсатор заповнений звичайним «лінійним» діелектриком з постійною діелектричною проникністю, а конденсатор - сегнетоелектрики. Ясно, що напруга на конденсаторі пропорційно полю в сегнетоелектриків. Оскільки конденсатори з'єднані послідовно, вони мають однакові заряди, а отже, і однакові індукції:. А так як величина постійна, то напруга на конденсаторі буде пропорційно індукції. Якщо подати на горизонтально відхиляють осцилографа напругу з конденсатора, а на вертикально відхиляючі - з конденсатора, то на екрані осцилографа буде відтворена залежність, тобто петля гистерезиса. [2]
Рисунок 3 - Схема Сойєра і Тауера для спостереження петель діелектричного гістерезису
2. Фазові переходи
2.1 Фазові переходи в сегнетової солі
Спонтанна поляризація в кристалах сегнетової солі існує тільки в інтервалі температур від - 18 до +24 ° С. Ця область називається сегнетоелектричної фазою. Вище і нижче цих температур спонтанна поляризація зникає. Низькотемпературна й високотемпературна фази називаються параелектричного. У цих фазах кристал сегнетової солі належить до класу 222. При температурах - 18 і +24 ° С, які називаються (за аналогією з феромагнетизмом) температурами або точками Кюрі, мають місце фазові переходи 2-го роду зі зміною симетрії і аномаліями основних фізичних параметрів таких, як діелектрична проникність, електропровідність, теплоємність і т.п. Зміна типу кристалічної решітки при переході через точку Кюрі прийнято називати фазовим переходом. При досягненні температури Кюрі сегнетоелектрики переходять в параелектричного стан. Величина спонтанної поляризації зазвичай сильно змінюється з температурою поблизу фазового переходу. Вона зникає в самій точці Кюрі, або стрибком (фазовий перехід 1-го роду, наприклад в титанаті барію), або плавно зменшуючись (фазовий перехід 2-го роду, наприклад в сегнетової солі). [6,5]
На малюнку 4 наведена температурна залежність спонтанної поляризації сегнетової солі в сегнетоелектричної фазі. Вона має колоколообразний вигляд.
Малюнок 4 - Температурна залежність спонтанної поляризації кристалів сегнетової солі
Максимальне значення 0,27 спонтанна поляризація має при температурі 3 ° С. Коерцитивність поле Ек при цій температурі одно 200
Характер температурної залежності спонтанної поляризації сегнетової солі та інших сегнетоелектриків можна легко зрозуміти з простих термодинамічних міркувань, заснованих на докладної теорії, розробленої в 1945 р вітчизняним фізиком В. Л. Гінзбургом. Його розгляд базується на теорії фазових переходів Л. Д. Ландау, в основі якої лежить поняття параметра порядку. Він повинен бути рівний нулю вище температури переходу і його симетрія повинна відповідати симетрії низькотемпературної фази.
При розгляді сегнетоелектричного фазового переходу в якості параметра порядку логічно вибрати спонтанну поляризацію, яка визначає всі особливості фізичних властивостей сегнетоелектричних кристала.
Розглянемо фазовий перехід 2-го роду в кристалах сегнетової солі. У його околиці спонтанна поляризація мала і тому термодинамічний потенціал кристала можна розкласти по ступенях параметра порядку:
(1)
де - термодинамічний потенціал параелектріческой фази, і - коефіцієнти.
Досліджуємо зміна термодинамічного потенціалу поблизу верхньої точки Кюрі внаслідок виникнення спонтанної поляризації. Вона повинна відбивати наступну ситуацію: існує точка переходу, по одну сторону від якої функція має мінімум при, а по інший бік - при. У першому мінімумі коефіцієнти і. У другому мінімумі, а коефіцієнт. Тоді ясно, що в самій точці коефіцієнт. Тому в першому наближенні можна вважати, що коефіцієнт лінійно залежить від температури
(2)
Графічно ця ситуація ілюструється малюнком 5. Вище точки Кюрі, в параелектріческой фазі, термодинамічний потенціал кристала має один мінімум при. У самій точці Кюрі кристал має теж один мінімум при, але більш пологий, що говорить про нестійкість стану. Нижче точки Кюрі, в сегнетоелектричної фазі, кристал має два мінімуму при, які відповідають стану кристала з двома протилежними напрямками поляризації.
Малюнок 5 - Схематична залежність термодинамічного потенціал...
