Сегнетоэле́ктрик (в зарубежной литературе распространено название « ») — материал, обладающий спонтанной поляризацией , ориентацию которой можно изменить посредством внешнего электрического поля . Такие вещества обладают сегнетоэлектрическим гистерезисом , когда поляризация материала зависит неоднозначно от внешнего электрического поля и определяется предысторий поляризации.

Сегнетоэлектрические фазовые переходы часто характеризуются либо , (например, в титанате бария BaTiO ₃ ), либо переходом типа «порядок-беспорядок» (например, в Нитрите натрия NaNO ₂ ), хотя часто фазовые переходы в сегнетоэлектриках демонстрируют элементы обоих типов поведения.

В титанате бария — типичном сегнетоэлектрике — происходит (изменение положения атома в элементарной ячейке без деформации кристалла), который можно понять с точки зрения , при которой, если ион немного смещается из состояния равновесия, сила локальных электрических полей, создаваемых ионами в кристалле увеличивается быстрее, чем упруго-восстанавливающие равновесие силы. Это приводит к асимметричному смещению положений равновесных ионов и, следовательно, к постоянному дипольному моменту элементарной ячейки. Ионное смещение в титанате бария - это положение иона титана в кислородной октаэдрической ячейке кристаллической решетки.

В титанате свинца , другом важном сегнетоэлектрическом материале при схожей на титанатом бария кристаллической структуре, механизм возникновения сегнетоэлектричества имеет более сложную природу, а взаимодействия между ионами свинца и кислорода также играют важную роль.

В сегнетоэлектрике с переходом «порядок-беспорядок» для каждой элементарной ячейки существует дипольный момент , но при высоких температурах они направлены хаотически. При понижении температуры ниже точки фазового перехода диполи упорядочиваются, и все они выстраиваются в одном направлении внутри сегнетоэлектрического домена .

Важным сегнетоэлектрическим материалом для приложений является цирконат-титанат свинца (ЦТС), который представляет собой твердый раствор, сегнетоэлектрического титаната свинца и антисегнетоэлектрического цирконата свинца. Для разных целей используются разные составы: для ячеек сегнетоэлектрической памяти предпочтительным является ЦТС, более близкий по составу к титанату свинца, тогда как в пьезоэлектрических приложениях используются пьезоэлектрические коэффициенты с особенностями, связанные с морфотропной фазовой границей, которая близка к составу 50/50.

Для сегнетоэлектрических кристаллов часто наблюдается несколько температур фазовых перехода и гистерезис доменной структуры , как и для ферромагнитных кристаллов. Природа фазового перехода в некоторых сегнетоэлектрических материалах до сих пор не изучена.

В 1974 году Р. Б. Мейер использовал теорию симметрии и предсказал сегнетоэлектрические свойства жидких кристаллов , это свойство было подтверждено несколькими наблюдениями за поведением, связанным с сегнетоэлектричеством в хиральных наклонных смектических жидкокристаллических фазах.

Эта технология позволила создавать мониторы с плоским экраном. С 1994 по 1999 год массовое производство осуществляла компания Canon.

Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы также используют в производстве отражающих LCoS .

В 2010 году Дэвид Филд обнаружил, что пленки обычных химических веществ, таких как закись азота или пропан , также проявляют сегнетоэлектрические свойства. Этот новый класс сегнетоэлектрических материалов демонстрирует «спонтанную поляризацию», а также влияет на электрическую природу пыли в межзвездной среде.

Среди других используемых сегнетоэлектрических материалов можно выделить триглицинсульфат , поливинилиденфторид (ПВДФ) и танталат лития .

Интерес также представляют материалы, которые сочетают одновременно сегнетоэлектрические и металлические свойства при комнатной температуре . Согласно исследованию, опубликованному в 2018 году в Nature Communications ученые смогли создать двумерную плёнку такого материала, который был одновременно «сегнетоэлектрическим» (имел полярную кристаллическую структуру) и проводил электричество.

Примечания

Литература

• Головнин В. А., Каплунов И. А., Малышкина О. В., Педько Б. Б., Мовчикова А. А. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. — М. : Техносфера, 2016. — 272 с. — ISBN 978-5-94836-352-3 .