Ferroelectricitatea este o colecție de proprietăți electrice caracteristice unui grup de dielectrice numite feroelectrice.
Dielectric (izolator) - o substanță care conduce prost sau nu conduce curent electric deloc. Densitatea purtătorilor de sarcină liberă într-un dielectric nu depășește 10 8 cm -3. Proprietatea principală a unui dielectric este capacitatea sa de a polariza într-un câmp electric extern
Ferroelectricile includ dielectrice cristaline cu următoarele proprietăți:
În cristalele feroelectrice, polarizarea spontană există în absența unui câmp extern. O astfel de stare de cristale se numește starea polară (sau feroelectrică). Polarizarea spontană a feroelectricilor pentru diferite intervale de 10 -7 -10 -5 C / cm 2. cristalele convenționale de halogenuri alcaline, ca valori mai mari ale polarizării induse pot fi realizate în domeniul 10 7 10 acompaniat de 8 v / m.
Când cristalul este încălzit deasupra punctului Curie (o anumită valoare a temperaturii), cristalul din starea polară trece într-o stare nepolară, adică în acest caz. când polarizarea spontană este zero. Unele cristale se află într-o stare polară într-un anumit interval de temperatură, deci ele sunt, de asemenea, caracterizate printr-un punct Curie inferior. Un cristal în starea nepolară este un dielectric obișnuit.
Tranziția de fază este o schimbare bruscă a magnitudinii polarizare spontană și constanta dielectrică (permitivitatea - o cantitate care caracterizează proprietățile dielectrice ale mediului - răspunsul său la câmpul electric în relație D = eE unde E - .. Câmpul electric, D - electrice de inducție în mediu dielectric constant - factor de proporționalitate e In majoritatea dielectricilor nu este câmpuri foarte puternic permitivitatea este independentă de câmpul E. Segentoelektriki caracterizat. se caracterizează printr-o valoare ridicată a permitivității, care depinde puternic de temperatură).
În starea polară, cristalul feroelectric are o structură de domeniu. Domeniile sunt regiuni microscopice cu polarizare spontană (spontană), care apare sub influența proceselor interne în dielectric. Direcția momentelor electrice în diferite domenii este diferită. O consecință a structurii domeniului este dependența de histereză (care este explicată în cele ce urmează) între inducția electrică și câmp și între polarizarea cristalului și a câmpului.
Momentul dipol total al cristalului este determinat de suma momentelor din domenii. Prin urmare, în absența unui câmp extern, polarizarea domeniilor este compensată și este în general zero. Când câmpul suficient de slab pentru a reorienta dipoli îndreptate opus câmpului, cristalul se comportă ca un dielectric liniar (a se vedea figura 1, secțiunea BA). Cu o creștere suplimentară a tensiunii, momentul total al probei se modifică datorită deplasării pereților domeniului, precum și a nucleării și creșterii de noi domenii. Ca urmare a acestor mecanisme, rata de creștere a P (E) crește (Figura 1, porțiunea ab) și, în final, când întreg cristalul la o stare cu direcția de polarizare a lungul E. există un situs de saturație (figura 1, secțiunea bc), la care apare creșterea P (E) datorită polarizării induse. Ps este valoarea polarizării spontane a probei. Cu o scădere a câmpului și o creștere suplimentară a câmpului invers, variația lui P (E) merge de-a lungul curbei bdfg. situată deasupra secțiunii inițiale a curbei, deoarece deplasarea pereților de domenii și creșterea de noi domenii zaderzhivaetsya.Pri ciclu complet de variație a câmpului în direcția înainte și înapoi, curba descrie un histerezis în buclă închisă sunt depășite. Câmpul Ec. care trebuie aplicată pentru a reduce P la zero, se numește câmp coercitiv. Mărimea sa depinde de temperatura, frecvența câmpului, grosimea și calitatea cristalului. Pr este polarizarea reziduală.
Dependența de histereză P (E)
Apariția polarizării spontane în feroelectrice este asociată cu modificări structurale în timpul trecerii prin punctul Curie. În funcție de tipul de tranziție de fază, cristalele feroelectrice pot fi împărțite în două grupe:
Primul grup include cele care se supun unei tranziții de tip "displacement". În această tranziție, polarizarea spontană rezultă din deplasarea ionilor unei relații sublatrice față de cealaltă (titanatul de bariu în Figura 2)
Structura titanatului de bariu.
Fig.2. a este celula cubică a fazei nepolare; b - rearanjarea structurii titanatului de bariu în timpul unei tranziții de fază între faza nepolară și cea polară la Tc = 393 K. deplasările atomilor d1 = -0,09 * 10 -8 cm, d2 = + 0,05 * 10 -8 cm d3 = -0,05 * 10 -8 cm; c este o celulă unitate cubică, stabilă la T> Tc (temperatura Curie); r este deformarea unei celule cubice la trecerea la o altă fază la T<393К.
Când are loc deplasarea, apare un dipol electric și, prin urmare, polarizarea spontană.
Al doilea grup include feroelectrice cu o tranziție de fază a tipului de tulburare de comandă. În acest caz, polarizarea spontană apare ca urmare a comanda de legare a hidrogenului (legarea hidrogenului - este legătură slabă având loc între atomii electronegative ale moleculei și nucleul de hidrogen electropozitiv H, care este asociat covalent la un alt atom molecule vecine Same electronegativ), în grupe de ioni sau ei înșiși grupări ionice celula unică a cristalului. (dihidrogenfosfat de potasiu, sare Rochelle)
În prezent, sunt cunoscute mai mult de o sută de substanțe care au proprietăți feroelectrice. Cristalele de sare Rochelle, fosfatul de potasiu și titanatul de bariu sunt cele mai cunoscute. Parametrii caracteristici ai acestora sunt prezentați în tabelul 1:
Parametrii caracteristici ai unor feroelectrice
Temperatura Curie, Tc. K
Materialele feroelectrice au fost studiate pe larg în perspectiva unei varietăți de aplicații. Este suficient să dați doar câteva exemple. Constanta dielectrică mare în apropierea temperaturii Curie (de exemplu, în BaTiO3) prezintă interes din punctul de vedere al aplicării în condensatoarele multistrat. Niobatul de litiu (LiNbO3), care are coeficienți electro-optici mari, este cel mai bun material pentru modulele și deflectoarele optice integrate. Filmele subțiri de titanat de zirconat de plumb și lantan (PLZT) sunt studiate în mod activ pentru a crea stocarea microelectronică dependentă de energie folosind tehnologia siliciului. (Polarizarea bistabilă este o bază ideală pentru celulele de memorie binare.) Cristalul KH2 PO4 este folosit pe scară largă pentru dublarea frecvenței optice a unui laser. Sulfatul de triglicină (TGS) produce fotodetectoare pentru regiunea infraroșie a spectrului.
Memorie de acces randomizat feroelectric (Figura 1).
Microcipurile din RAM feroelectrice combină proprietățile memoriei RAM statice cu stocarea de date nevolatile. Cu toate acestea, tehnologiile de producție ale acestor două tipuri de dispozitive de stocare sunt radical diferite, ceea ce determină diferitele caracteristici ale lucrului și diversele aplicații.
Efectul feroelectric constă în capacitatea materialelor individuale de a menține starea de polarizare electrică în absența unui câmp electric extern. Polarizarea stabilă apare ca urmare a orientării dipolurilor electrice interne într-un material feroelectric sub acțiunea unui câmp electric extern. Aplicarea unui câmp electric extern cu o tensiune care depășește o anumită valoare de prag duce la orientarea dipolurilor electrice interne. Schimbarea direcției câmpului exterior spre invers duce la o reorientare corespunzătoare a dipolilor interni. Deoarece nu este necesar un câmp electric extern pentru a menține starea polarizată a materialului, celula feroelectrică poate fi utilizată pentru stocarea datelor binare chiar și în absența alimentării.
Deoarece citirea datelor este asociată cu setarea forțată a unei anumite stări de polarizare, ciclul de citire distruge informațiile stocate în celula de memorie. Prin urmare, după citire, trebuie să restaurați datele originale. Acest lucru se face prin circuite integrate de regenerare. Ciclul de regenerare este realizat de hardware după fiecare citire și nu necesită niciun control suplimentar.
1. Kirensky L. V. Magnetism, 2 ed. M. 1967;
2. Vonsovskii SV Predarea moderna pe magnetism, M.-L 1952;
Suportul pentru cadrele încorporate este necesar.
Trimiteți-le prietenilor: