Методика эксперимента
Объектом исследования в настоящей работе является монокристалл триглицинсульфата (ТГС), который имеет формулу (CH2NH2COOH)3H2SO4. Исследование температурной зависимости спонтанной поляризации PS (T) и коэрцитивного поляEc (T)производится осциллографическим методом по схеме Сойера-Тауэра
Рис. 4. Схема Сойера-Тауэра.
R1 – R2-делитель напряжения,СX- образецС0– эталонная емкость.
Для получения изображения петли гистерезиса на экране осциллографа необходимо подать на горизонтально откланяющие пластины напряжение UX, пропорциональное напряженности поля в образцеE, а на вертикально откланяющие - напряжениеUY, пропорциональное поляризованности образцаP. Тогда отклонение лучау(x)будет воспроизводить в некотором масштабе зависимостьP(E).
Проанализируем работу схемы. Исследуемый образец помещается между пластинами конденсатора СX.
1. Напряжение UY, подводимое на вертикальные пластины снимается с эталонной емкостиC0
(4)
Заряд эталонной емкости qравен свободному заряду, возникающему на пластинах образцаСX:
где SX- площадь пластины сегнетоэлектрического образца.
Из равенства (3) следует, что
Так как в сегнетоэлектриках >> 1 , т.е.E << E0, поэтому
Тогда и, следовательно
(5)
2. Если эталонная емкость С0достаточно велика, то напряжениеUYбудет значительно меньше полного напряженияU, приложенного к последовательной цепочкеСX – С0. Тогда практически все напряжениеUприложено к образцу. Напряженность поля в образце будет равна
где d- толщина образца. Часть напряжения, снимаемая с делителяR1 – R2, подается на горизонтальные пластины
(6)
Мы показали, что в нашей схеме UX ~EиUY ~ P.
Отклонение луча осциллографа XиYсвязано с подаваемыми на пластины напряжениямиUXиUYсоотношениями
(7)
где kXиkY- цена деления (коэффициент отклонения) каналовXиYосциллографа. Из формул (5), (6) и (7) можно получить выражения для перевода отклоненийXиYв значенияEиP:
(8)
(9)
Цены деления kXиkYизмеряются в В/дел и определяются чувствительностью каналовХиУосциллографа. ОтклоненияXиYследует также измерять в делениях сетки экрана.
Измерение рs.
Петля гистерезиса исследуемого в настоящей работе образца имеет почти прямолинейный участок b-c(рис. 3,б) поэтому величиныPrиPSпрактически совпадают.
Поэтому измерение спонтанной поляризации производится по точке пересечения петли гистерезиса с осью Y. Вычисления проводятся по формуле (9) приY0 = o-c. Для более точной оценки отрезкаo-cрекомендуется измерять двойное отклонениес-fс последующим делением на два.
Измерение Eс.
Коэрцитивное поле определяется по пересечению петли гистерезиса с осью Х:X0 = o-d(также рекомендуем измерять удвоенное значениеd-g). Из очевидного соотношенияследует более простая формула для расчетаEс
(10)
где - максимальное поле, подаваемое на образец,Um- амплитуда приложенного к образцу напряженияU,Хm- соответствующий размах петли.
Для изучения температурной зависимости PS (t) иEс (t)образец помещен в печь. Рядом с кристаллом находится терморезистор. Измерив его сопротивление, по градуировочному графикуR(t)можно определить температуру в печи.