Сегнетоэлектричество


Сегнетоэлектричество — явление возникновения в определённом интервале температур спонтанной поляризации в кристалле, даже в отсутствии внешнего электрического поля, которая может быть переориентирована его приложением.[1][2] Кристаллы, которым присуще явление сегнетоэлектричества, называются сегнетоэлектриками. Сегнетоэлектрики отличаются от пироэлектриков тем, что при определённой температуре (так называемой диэлектрической точке Кюри) их кристаллическая модификация меняется и спонтанная поляризация пропадает.

Кристаллическая модификация, в которой наблюдается спонтанная поляризация, называется полярной фазой, а в которой не наблюдается — неполярной фазой.

Явление сегнетоэлектричества аналогично явлению ферромагнетизма и в англоязычной литературе носит название ферроэлектричества (англ. ferroelectricity). Материалы обладающие как сегнетоэлектрическими так и ферромагнитными свойствами известны как мультиферроики.

В 1920 году Джосеф Валаcек[англ.] открыл сегнетоэлектричество у сегнетовой соли (NaKC4H4O64H2O).[3] Он заметил, что под действием внешнего электрического поля вектор поляризации может изменить знак, что ранее не наблюдалось, из-за формирования множества доменов с разной ориентацией поляризации в монокристаллах. Он также обнаружил две критические температуры[4] и сильный пьезоэффект в окрестности сегнетоэлектрической фазы[5]. Курчатов И. В. в 1933 году предложил объяснение сегнетоэлектричества в сегнетовой соли, привлекая диполь-дипольное взаимодействие молекул воды. Долгое время сегнетова соль оставалась единственным сегнетоэлектриком, но в период с 1935 по 1938 год были открыт новый класс сегнетоэлектриков с наиболее известным представителем дигидрофосфат калия с единственной температурой перехода. Слэтер в 1941 году объяснил сегнетоэлектричество в этой группе материалов с использованием водородных связей и двумя возможными ориентациями диполей (H2PO4)-[6]. Наличие водородных связей считали предпосылкой для возникновения сегнетоэлектрического эффекта, но в 1945 году получили новый класс сегнетоэлектриков типа титаната бария, который не имел в своём составе водорода. Усовершенствование технологии роста привело к открытию таких распространённых сегнетоэлектриков, как ниобаты и танталаты калия и лития[7]. Простая структура этих материалов позволила Слэтеру построить микроскопическую теорию, основанную на дальнодействующем дипольном взаимодействии, объяснила переход типа смещения и была уточнена в последующих работах при рассмотрении «мягкой» решёточной моды, связанный с неустойчивостью положения атомов в элементарной ячейке[8].