Сегнетоэлектрики
Сегнетоэле́ктрики, ферроэлектрики, кристаллические диэлектрики, имеющие в определённом интервале температур спонтанную электрическую поляризацию , возникающую при фазовом переходе между двумя кристаллическими фазами – параэлектрической и сегнетоэлектрической полярной (здесь – критическая температура). Симметрия сегнетоэлектрической фазы относится к одному из 10 пироэлектрических классов (пироэлектрики). Известно несколько сотен сегнетоэлектриков различной симметрии, состава и структуры, критические температуры которых лежат в интервале от 10 до 1300 К. Сегнетоэлектрики обычно относят к типу смещения или к типу порядок – беспорядок. В первом случае при происходит спонтанное смещение подрешёток кристалла, изменяющее его симметрию; типичные представители таких сегнетоэлектриков – . Во втором случае структурные элементы кристалла могут находиться в нескольких равновесных положениях; к таким сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, . Спонтанная поляризация может возникать как вторичный эффект в результате сложной перестройки кристаллической структуры. Физические свойства таких «несобственных» сегнетоэлектриков существенно отличаются от свойств обычных («собственных») сегнетоэлектриков. Типичный несобственный сегнетоэлектрик – .
При переходе сегнетоэлектрического кристалла в полярную фазу возможны несколько энергетических эквивалентных вариантов структуры с различным направлением вектора . В результате кристалл разбивается на сегнетоэлектрические домены – области с однородной поляризацией. Энергетический барьер, разделяющий состояния с различными направлениями , невелик, и внешним электрическим полем направление можно изменить на противоположное. Зависимость имеет характерный вид петли гистерезиса.
Фазовые переходы в полярные фазы возможны также в некоторых типах жидких кристаллов – в слоистых хиральных смектиках . При фазовом переходе в полярную фазу симметрия жидкого кристалла изменяется из предельной группы в пироэлектрическую группу 2, причём ось 2 лежит в плоскости смектических слоёв и вдоль этой оси возникает поляризация . Известно несколько десятков жидкокристаллических сегнетоэлектриков. Наиболее хорошо исследовано соединение с аббревиатурным названием .
Особый класс сегнетоподобных материалов составляют релаксоры – кристаллы и керамики, содержащие ионы различного сорта в одинаковых кристаллографических позициях, – твёрдые растворы типа . Хотя в них отсутствует чётко выраженный фазовый переход и кубическая структура сохраняется вплоть до температур жидкого гелия, спонтанная поляризация может быть индуцирована внешним электрическим полем. При этом наблюдаются значительные электромеханические эффекты, которые в кристаллах могут быть многократно увеличены при добавлении в определённом процентном соотношении сегнетоэлектрика . Пьезоэлектрические модули этих материалов на 2–3 порядка больше, чем у пьезоэлектрического кварца.
Области применения сегнетоэлектриков связаны с аномально большими величинами диэлектрической проницаемости (конденсаторы, вариконды), пиро- и пьезоэлектрических, электрострикционных, электрооптических постоянных, а также с использованием явления переключения спонтанной поляризации. Сегнетоэлектрические керамики применяют для создания электромеханических и механоэлектрических преобразователей в широком диапазоне частот (излучатели звука, датчики микроперемещений, гидрофоны, акселерометры, стабилизаторы частоты и др.) (пьезоэлектрические преобразователи). Используются также нелинейно-оптические свойства сегнетоэлектриков.