Ferroelektryki są szczególnie ważną grupą dielektryków. Ich atomy (grupy atomów) mają trwałe momenty dipolowe elektryczne , między którymi występują dość silne oddziaływania. Dzięki temu w pewnym zakresie temperatur następuje spontaniczne uporządkowanie dipoli, podobne do uporządkowania momentów

magnetycznych w ferromagnetykach. Analogia ta doprowadziła do przyjęcia nazwy ferroelektryki, choć z żelazem nie mają one nic wspólnego. Do opisu dielektryków

podajemy dwie charakteryzujące ich wielkości: polaryzację elektryczną i podatność

lub przenikalność elektryczną. Przenikalność ferroelektryków może przyjmować bardzo duże wartości. Niezależnie od tego wszystkie ferroelektryki wykazują piezo

-elektryczność,czyli zmianę pola elektrycznego pod wpływem zmian mechanicz-

nych,czemu w dużej mierze zawdzięczają swe różnorakie zastosowania.

Polaryzacja elektryczna P jest wielkością charakteryzującą rozsunięcie ładunków dodatnich i ujemnych w danym układzie fizycznym będącym jako całość elektrycz-

nie obojętnym. Definiujemy ją jako iloczyn przesuniętego ładunku q i " środków-

ciężkości" ładunków ujemnych i dodatnich w odniesieniu do jednostki objętości.

Zatem:

P = 1/V qn rn

Oprócz polaryzacji dielektryki charakteryzowane są przez inne wielkości charakte-

rystyczne dla pola elektrycznego:

E - wektor natężenia pola elektrycznego,

D - wektor indukcji pola elektrycznego,

- przenikalność elektryczna.

Między wielkościami tymi istnieje związek:

D = 0 E +P = 0 E

W ferroelektrykach wektory D i P zwykle nie są równoległe, zatem przedstawia się w postaci macierzy (tensora).W takich przypadkach posługujemy się kilkoma parametrami o znaczeniu przenikalności. Zagadnienie wyznaczenia tensora prze- nikalności elektrycznej sprowadza się do wyznaczenia polaryzacji w funkcji natęże-

nia pola elektrycznego , dla różnych kierunków w krysztale.

Sieć krystaliczna ferroelektryków nie ma środka symeyrii,wobec tego pole elektry-

czne pochodzące od dipoli znajdujących się w pewnej wyodrębnionej jednostce ob

-jętości (kuli) jest różne od zera. Można je w przybliżeniu zastąpić odpowiednim polem molekularnym ,proporcjonalnym do polaryzacji ośrodka.

Podczas gdy w większości dielektryków zależność wektora D od wektora natęże -

nia pola E jest liniowa, a przenikalność elektryczna jest wielkością zależną ewentu-

alnie od wspólnego kierunku obu tych wektorów, to w ferroelektrykach zależność ta wykazuje histerezę podobną do histerezy magnetycznej.Świadczy to o istnieniu domen ferroelektrycznych, będących obszarami spontanicznego uporządkowania elektrycznych momentów dipolowych. Dipole te powstają w skutek małych prze-

sunięć jonów w sieci krystalicznej, przy czym oddziaływania powodujące uporząd-kowanie są natury elektrostatycznej. Spontaniczna polaryzacja ferroelektryków po-

jawia się oczywiście jedynie poniżej pełnej temperatury Curie TC. Polaryzacja ta jest tak duża , że w zwykłych dielektrykach można ją osiągnąć dopiero w polach o natężeniu 107 109 V/m. Pojawienie się polaryzacji spontanicznej poniżej tempe-

ratury TC w ferroelektrykach może być skutkiem dwóch różnych mechanizmów. Pierwszy z nich występuje w tzw. ferroelektrykach jonowych i polega na przesunię-

ciu jonów pod wpływem różnych sił międzyatomowych. Przesunięcia te są zgodne ze sobą dzięki czemu dają różny od zera moment wypadkowy. Drugi mechanizm polega na porządkowaniu się trwałych momentów dipolowych cząsteczek tworzą-

cych dany kryształ. Mechanizm ten jest typowy dla tzw. ferroelektryków dipolo -

wych. Odpowiednio do tego istnieją dwa typy przejść fazowych w punkcie Curie :

Polaryzacja spontaniczna może zanikać w punkcie Curie na dwa sposoby. Jeśli za -

nik ten jest ciągły to mówimy o przejściu fazowym drugiego rodzaju, jeśli jest on skokowy to mamy do czynienia z przejściem fazowym pierwszego rodzaju.

Tworzenie się domen ferroelektrycznych jest uwarunkowane podobnymi mechanizmami jak w ferromagnetykach,jednak anizotropia jest silniejsza co prze- jawia się w strukturze ścianek międzydomenowych.

Ferroelektryki wykazują kilka niezwykłych właściwości, szczególnie w otoczeniu punktu Curie. Wśród właściwości elektrycznych na podkreślenie zasługuje prze - bieg zależności przenikalności elektrycznej od temperatury oraz parametrów charakteryzujących pole zewnętrzne : jego amplitudy i częstotliwości. Zależności te w istotny sposób zależą od kierunku, co świadczy o silnej anizotropii przenikalnoś- ci elektrycznej ferroelektryków.

powyżej temperatury Curie przenikalność elektryczna zależy od T w podobny spo- sób jak przenikalność magnetyczna ferromagnetyków.

C

= const + , T > TC

T-TC

C - stała.

Przy obniżaniu temperatury poniżej TC przenikalność raptownie zmniejsza się , gdyż począwszy od T=TC w krysztale ferroelektrycznym pojawia się polaryzacja spontaniczna, osiągając stopniowo stan nasycenia. Zmiana polaryzacji pod wpły - wem jednostkowego pola staje się wskutek tego coraz mniejsza.

---