1. 2 Сегнетоэлектрики

В активных диэлектриках используются различные физические явления для генерации динамических неоднородностей различной физической природы: домены, квазичастицы.

Особый интерес представляют сегнетоэлектрические домены. Они представляют собой области однородной спонтанной поляризации P_S (рис.З.З.а). Размеры доменов составляют несколько микрон и разделены переходной областью или доменной границей толщиной в несколько ангстрем (рис. 3.3.б). Поляризация Р зависит от напряженности электрического поля Е нелинейным образом. При циклическом изменении Е от +E_K до –E_K вектор поляризации меняется от +P_S до –Р_S, где Е_K – коэрцитивная сила.

Функция P_S=f(E_K) имеет вид петли гистерезиса, как у магнетиков. Петля гистерезиса является отличительной чертой динамических неоднородностей сегнетоэлектрической природы. Время электронной переполяризации составляет ~10^–15 с.

Рис. 3.3 – Слоистая доменная структура и распределение в ней полей (а), структура сегнетоэлектрической доменной стенки (б) и петля гистерезиса переполяризации домена (в)

Заметим, что спонтанной поляризацией обладают и пироэлектрики, но направление вектора P_S в них строго фиксировано и поэтому не обнаружено динамических неоднородностей типа доменов,

К сегнетоэлектрикам относят, прежде всего, сегнетовую соль, титанат бария, а также ещё примерно 500 сегнетоэлектрических соединений.

В сегнетоэлектриках-сегнетоэластиках наблюдается спонтанная локальная деформация в результате изменения внешних условий. Спонтанная деформация сопровождается изменением знака спонтанной деформации при воздействии электрического поля.

В сегнетоэлектриках наблюдаются фотостимулированные фазовые переходы 1-го и 2-го рода, при которых генерируются фазоны - макроскопические квазичастицы. Самосогласованный радиус фазона R₀ при данной температуре и заданной плотности поверхностной^энергии пропорционален числу локализованных электронов n: R₀~n^2/3(2R₀≈10Å). Фазоны можно рассматривать, как подвижные пакеты квазичастиц с эффективной массой М. Модель фазона предполагает существенное влияние фазового перехода 1-го рода на электропроводность. Такие пакеты квазичастиц - фазонов - можно, по-видимому, рассматривать как динамические неоднородности в сегнетоэлектриках. В сегнетоэлектриках же в области фотостимулированных фазовых переходов типа порядокбеспорядок образуются макроскопические квазичастицы - флуктоны, которые тоже можно рассматривать в качестве динамических неоднородностей.

В сегнетомагнитных кристаллах одновременно существуют магнитная и электрическая дипольные структуры и соответственно векторы спонтанной поляризации P_S и спонтанной намагниченности M_S.

В элементарных ячейках кристаллографических структур сегнетомагнетиков должны находится частицы, обладающие как электрическим дипольньм моментом, так и магнитным. Сосуществование электрических и магнитных дипольных структур определяется принципом симметрии в различных кристаллографических структурах. Вещества определенной симметрии обладают магнитоэлектрическим эффектом. Он состоит в том, что при наложении электрического поля появляется пропорциональная полю намагниченность, а при наложении магнитного поля появляется электрическая поляризация, пропорциональная этому полю.

В общем случае для таких сред справедливы соотношения:

D=εE+νH, B=μH+ν`E`,

где ν и ν`- магнитоэлектрические тензоры, ε - диэлектрическая проницаемость, μ - магнитная проницаемость вещества.