Celem ćwiczenia jest wyznaczenie temperaturowej zależności przenikalności elektrycznej dla ferroelektryków.
Kryształy, w których małe zmiany naprężeń zewnętrznych wywołują zmianę polaryzacji (niezależnie od zmian wywołanych polem elektrycznym), nazywamy kryształami pizoelektrycznymi. Niektóre spośród pizoelektryków wykazują polaryzację spontaniczną, tzn. polaryzację dielektryczną występującą w zerowym polu elektrycznym i przy zerowych naprężeniach mechanicznych, a ponadto polaryzacja ta zmienia się wskutek małych zmian temperatury. Kryształy takie to piroelektryki. Niektóre z piroelektryków mają jeszcze dodatkowo jedną własność, mianowicie kierunek ich polaryzacji spontanicznej może być zmieniony za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego o natężeniu małym w porównaniu z natężeniem pola wewnętrznego. Kryształy te nazywamy ferroelektrykami, a ich najważniejszą cechą jest możliwość przepolaryzowania.
Warunkiem koniecznym wystąpienia własności ferroelektrycznych jest przynależność kryształu do klasy polarnej(tzn. mającej oś symetrii).W czasie przepolaryzowania przez kryształ ferroelektryczny płynie prąd przesunięcia, którego gęstość jest w każdej chwili miarą szybkości zmian polaryzacji. Szybkość zmiany polaryzacji po przyłożeniu pola elektrycznego można badać mierząc rzeczywisty prąd płynący przez opór połączony szeregowo, natomiast polaryzację spontaniczną można wyznaczyć stosując układ podany poniżej.
Bardzo ważną własnością ferroelektryków są anomalie własności fizycznych w
temperaturze Curie Tc (temperatura przejścia ze stanu ferroelektrycznego do stanu paraelektrycznego). W temperaturze tej przenikalność elektryczna osiąga wartość maksymalną, a następnie w fazie paraelektrycznej maleje hiperbolicznie ze wzrostem temperatury.
Ferroelektryki wykazują analogie do ciał ferromagnetycznych stąd też ich nazwa.Podobnie jak ferromagnetyki wykazują wcześniej wspomniany już punkt przejścia.Poniżej tego punktu (pkt.Curie) ferroelektryki zachowują w silnym stopniu polaryzację trwałą po usunięciu pola elektrycznego,są bardzo wyraźnymi pizoelektrykami, następnie wykazują anormalnie duże wartości stałej dielektrycznej, przy czym polaryzacja, nie jest liniową funkcją natężenia pola, więc stała dielektryczna zależy silnie od natężenia pola elektrycznego, i wreszcie wykazują zjawisko histerezy (krzywa histerezy jest zupełnie analogiczna do krzywej histerezy dla ferromagnetyka).
Ferroelektryki składają się z niewielkich obszarów (domen), w których elementarne momenty dipolowe ustawione są zgodnie i które dzięki temu wykazują spontaniczną polaryzację. Jednak kierunki spontanicznej polaryzacji w poszczególnych domenach są chaotycznie rozrzucone i dzięki temu normalnie ferroelektryk nie wykazuje jako całość polaryzacji. Umieszczenie go w polu elektrycznym powoduje zgodne ustawienie się kierunku spontanicznej polaryzacji domen w kierunku pola, dzięki czemu pojawia się polaryzacja całego ferroelektryka. Stosunki te wykazują duże analogie do spotykanych dla ferromagnetyków.
Wytłumaczenia właściwości ferroelektryków należy szukać w istnieniu wewnętrznego pola elektrycznego, analogicznie do magnetycznego pola wewnętrznego.Jednakże w ferroelektrykach to pole wewnętrzne daje się wytłumaczyć wzajemnymi działaniami elementarnych dipoli elektrycznych, podczas gdy dla ferromagnetyków pole wewnętrzne stanowi właściwie efekt kwantowy.
Zgodne ustawienie momentów dipolowych w domenach nie jest jedyną możliwością.Istnieją także kryształy zwane antyferroelektrykami w których jony dipolowe dają się ułożyć w linie w ten sposób, że momenty dipolowe jonów w jednej linii ustawiają się w stanie nasycenia wprost przeciwnie do momentów jonów linii sąsiedniej. Antyferroelektryki wykazują także analogie do antyferromagnatyków, cechuje je charakterystyczna zależność stałej dielektrycznej od temperatury, a mianowicie wzrost stałej dielektrycznej ze spadkiem temperatury w obszarze temperatur powyżej antyferromagnetycznego punktu Curie i następnie spadek poniżej tego punktu, gdy pojawia się uporządkowanie antyferroelektryczne.
JAROSLAW MYŚLIWIEC Rafał KIERYS
PPT/FIZ /II.ROK PPT/FIZ/II.ROK
SPRAWOZDANIE
Z
CW.NR 63