СЕГНЕТОЭЛЕ́КТРИКИ

СЕГНЕТОЭЛЕ́КТРИКИ (фер­ро­элек­три­ки), кри­стал­лич. ди­элек­три­ки, имею­щие в оп­ре­де­лён­ном ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур $T$ спон­тан­ную элек­трич. по­ля­ри­за­цию $\boldsymbol P_0$, воз­ни­каю­щую при фа­зо­вом пе­ре­хо­де ме­ж­ду дву­мя кри­стал­лич. фа­за­ми – па­ра­элек­три­че­ской ($T > T_c$) и сег­не­то­элек­три­че­ской по­ляр­ной ($T < T_c$) (здесь $T_c$ – кри­тич. темп-ра). Сим­мет­рия сег­не­то­элек­трич. фа­зы от­но­сит­ся к од­но­му из 10 пи­ро­элек­трич. клас­сов (см. Пи­ро­элек­три­ки). Из­вест­но неск. со­тен С. разл. сим­мет­рии, со­ста­ва и струк­ту­ры, кри­тич. темп-ры $T_c$ ко­то­рых ле­жат в ин­тер­ва­ле от 10 до 1300 К. С. обыч­но от­но­сят к ти­пу сме­ще­ния или к ти­пу по­ря­док – бес­поря­док. В пер­вом слу­чае при $T_c$ про­ис­хо­дит спон­тан­ное сме­ще­ние под­ре­шё­ток кри­стал­ла, из­ме­няю­щее его сим­мет­рию; ти­пич­ные пред­ста­ви­те­ли та­ких С. – ВаТiO₃, РbTiO₃, SbSI. Во вто­ром слу­чае струк­тур­ные эле­мен­ты кри­стал­ла мо­гут на­хо­дить­ся в не­сколь­ких рав­но­вес­ных по­ло­же­ни­ях; к та­ким С. от­но­сят­ся сег­не­то­ва соль, NaNO₂, KH₂PO₄, (NH₂CH₂COOH)₃·H₂SO₄. Спон­тан­ная по­ля­ри­за­ция мо­жет воз­ни­кать как вто­рич­ный эф­фект в ре­зуль­та­те слож­ной пе­ре­строй­ки кри­стал­лич. струк­ту­ры. Фи­зич. свой­ст­ва та­ких «не­соб­ст­вен­ных» С. су­ще­ст­вен­но от­ли­ча­ют­ся от свойств обыч­ных («соб­ст­вен­ных») С. Ти­пич­ный не­соб­ст­вен­ный С. – Gd₂(MoO₄)₃.

При пе­ре­хо­де сег­не­то­элек­трич. кри­стал­ла в по­ляр­ную фа­зу воз­мож­ны неск. энер­ге­тич. эк­ви­ва­лент­ных ва­ри­ан­тов струк­ту­ры с разл. на­прав­ле­ни­ем век­то­ра $\boldsymbol P_0$. В ре­зуль­та­те кри­сталл раз­би­ва­ет­ся на сег­не­то­элек­три­че­ские до­ме­ны – об­лас­ти с од­но­род­ной по­ля­ри­за­ци­ей. Энер­ге­тич. барь­ер, раз­де­ляю­щий со­стоя­ния с разл. на­прав­ле­ния­ми $\boldsymbol P_0$, не­ве­лик, и внеш­ним элек­трич. по­лем $E$ на­прав­ле­ние $\boldsymbol P_0$ мож­но из­ме­нить на про­ти­во­по­лож­ное. За­ви­си­мость $P_0(E)$ име­ет ха­рак­тер­ный вид пет­ли гис­те­ре­зи­са.

Фа­зо­вые пе­ре­хо­ды в по­ляр­ные фа­зы воз­мож­ны так­же в не­ко­то­рых ти­пах жид­ких кри­стал­лов – в слои­стых хи­раль­ных смек­ти­ках А. При фа­зо­вом пе­ре­хо­де в по­ляр­ную фа­зу С сим­мет­рия жид­ко­го кри­стал­ла из­ме­ня­ет­ся из пре­дель­ной груп­пы ∞/2 в пи­ро­элек­трич. груп­пу 2, при­чём ось 2 ле­жит в плос­кости смек­тич. сло­ёв, и вдоль этой оси воз­ни­ка­ет по­ля­ри­за­ция $\boldsymbol P_0$. Из­вест­но неск. де­сят­ков жид­кок­ри­стал­лич. С. Наи­бо­лее хо­ро­шо ис­сле­до­ва­но со­еди­не­ние с аб­бре­виа­тур­ным назв. DOBAMBC ($T_c=95$ °С).

Осо­бый класс сег­не­то­по­доб­ных ма­териа­лов со­став­ля­ют ре­лак­со­ры – кри­стал­лы и ке­ра­ми­ки, со­дер­жа­щие ио­ны разл. сор­та в оди­на­ко­вых кри­стал­ло­гра­фич. по­зи­ци­ях, – твёр­дые рас­тво­ры ти­па Pb(Mg,Nb)O₃. Хо­тя в них от­сут­ст­ву­ет чёт­ко вы­ра­жен­ный фа­зо­вый пе­реход и ку­бич. струк­ту­ра со­хра­ня­ет­ся вплоть до тем­пе­ра­тур жид­ко­го ге­лия, спон­тан­ная по­ля­ри­за­ция мо­жет быть ин­ду­ци­ро­ва­на внеш­ним элек­трич. по­лем. При этом на­блю­да­ют­ся зна­чит. элек­тро­ме­ха­нич. эф­фек­ты, ко­то­рые в кри­стал­лах Pb(Mg,Nb)O₃ мо­гут быть мно­го­крат­но уве­ли­че­ны при до­бав­ле­нии в оп­ре­де­лён­ном про­цент­ном со­от­но­ше­нии С. PbTiO₃. Пье­зо­элек­трич. мо­ду­ли этих ма­те­риа­лов на 2–3 по­ряд­ка боль­ше, чем у пье­зо­элек­трич. квар­ца.

Об­лас­ти при­ме­не­ния С. свя­за­ны с ано­маль­но боль­шими величинами ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­сти (кон­ден­са­то­ры, ва­ри­кон­ды), пи­ро- и пье­зо­элек­трич., элек­тро­стрик­ци­он­ных, элек­тро­оп­тич. по­сто­ян­ных, а так­же с ис­поль­зо­ва­ни­ем яв­ле­ния пе­ре­клю­че­ния спон­тан­ной по­ля­ри­за­ции. Сег­не­то­элек­трич. ке­ра­ми­ки при­ме­ня­ют для соз­да­ния элек­тро­ме­ха­нич. и ме­ха­но­элек­трич. пре­об­ра­зо­ва­те­лей в ши­ро­ком диа­па­зо­не час­тот (из­лу­ча­те­ли зву­ка, дат­чи­ки мик­ро­пе­ре­ме­ще­ний, гид­ро­фо­ны, ак­се­ле­ро­мет­ры, ста­би­ли­за­то­ры час­то­ты и др.) (см. Пье­зо­элек­три­че­ские пре­об­ра­зо­ва­те­ли). Ис­поль­зу­ют­ся так­же не­ли­ней­но-оп­тич. свой­ст­ва сег­не­то­элек­три­ков.