1. Литературный обзор

1. Исследования перовскитов

В данный момент активно исследуются перовскитоподобные кристаллы.

Эти соединения отличаются многообразным составом. В их структуру можно включить почти все элементы таблицы Менделеева. За счет этого в перовcкитах наблюдают много полезных свойств, которые применяются на практике. Их история началась в начале 20 века. В СССР были разработаны методики по извлечению природных перовскитов титана, ниобия, редкоземельных и других элементов. Эти металлы - важные компоненты в производстве техники различного назначения, хотя и являются достаточно дорогими, из-за того что их содержание в земной коре невысоко.

В 40-х годах началась эра применения ферромагнетизма, и лидирующее место здесь принадлежало перовскиту BaTiO₃ - аналогу природного минерала. На рисунке можно увидеть перовскитную структура титаната бария BaTiO₃.

Рисунок 1 – BaTiO₃ со структурой перовскита. В позиции А – ионы Ba²⁺, в центрах граней – ионы O^2- , ион Ti⁴⁺ – в позиции B; выше температуры Кюри кубическая структура (а), ниже - структура деформируется: ионы Ba²⁺ и Ti⁴⁺ смещаются относительно ионов O², создавая дипольный момент (б)

После того как открыли магнитные зависимости в перовскитах ученые начали активно изучать и другие свойства перовскитоподобных материалов для применения в науке и производстве.

В настоящее время перовскиты могут использоваться в оптических затворах, пьезотрансформаторах, устройствах отображения информации, элементах памяти. Также в работе компьютеров и мобильных телефонов.

Перовскитоподобные материалы занимают ведущие позиции в таких новых областях как спинтроника и физика сегнетоэластиков. Но синтез новых перовскитов с интересными физико-химическими характеристиками продолжается до сих пор.

2. Исследование сегнетоэлектриков. Свойства

Кристаллические диэлектрики, которые обладают в определённом интервале температур спонтанной поляризацией и которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий называются сегнетоэлектриками.

Присутствие спонтанной поляризации, то есть дипольного момента при отсутствии электрического поля — особенность более широкого класса диэлектриков, которые называются пироэлектрики. В отличие от других пироэлектриков, монокристаллические сегнетоэлектрики "уступчивы" по отношению к внешним воздействиям: направление и величина спонтанной поляризации могут сравнительно легко изменяться за счет действия упругих напряжений, электрического поля, а также при изменении температуры.

Очень важный признак сегнетоэлектричества составляет возможность переключения между разными поляризационными состояниями при приложении импульсов электрического поля. Отличие сегнетоэлектриков от диэлектриков это:

1) Весьма большие значения диэлектрической проницаемости ( );

2) нелинейная зависимость поляризованности P от напряженности электрического поля E и, следовательно, – зависимость от Е;

3) явление сегнетоэлектрического гистерезиса, то есть отставание изменения электрической индукции от напряженности электрического поля.

4) максимумы диэлектрической проницаемости при температурах.

Сегнетоэлектрики обладают рядом свойств, которые появляются в определенном пределе температур. Температура Т_к (точка Кюри) это температура фазового перехода. Сегнетоэлектрики при температуре ниже точки Кюри обладают доменной структурой и свойствами, а выше происходит распад доменной структуры. Сегнетоэлектрик переходит в параэлектрическое состояние.

На рисунке 2 показана зависимость поляризации (или индукции) от напряженности поля, петля гистерезиса, и зависимость диэлектрической проницаемости от температуры.

Рисунок 2 – Основные нелинейные свойства сегнетоэлектриков (а – диэлектрический гистерезис; б – динамическая нелинейность; в–нелинейный ток через сегнетоконденсатор; г – эффективная нелинейность; д – реверсивная нелинейность; с – амплитудная модуляция)

Здесь показаны зависимости главных параметров сегнетоэлектриков, от напряженности электрического поля. Это показано на рисунках а, б, г, д. И зависимости параметров сегнетоэлектриков от времени приложения переменного электрического поля (рисунки в и е).

Когда температура сегнетоэлектрика поднимается выше температуры Кюри он теряет свои свойства и становится диэлектриком.

В пироэлектрическом кристалле изменение направления поляризации связано с существенной перестройкой кристаллической решетки.

Спонтанная поляризация сегнетоэлектриков связана со смещениями ионов по отношению к их положениям в неполяризованном кристалле.

В 20г. XX века был открыт эффект сегнетоэлектричества в сегнетовой соли. Раньше. считали, что условием сегнетоэлектричества является содержание водорода. Однако после открытия в 1945 г. сегнетоэлектричества в ВаТiO_з стало ясно, что наличие или отсутствие атомов водорода несущественно для сегнетоэлектричества.

В применении сегнетоэлектриков наметилось несколько основных направлений, наиболее важнейшими из которых следует считать:

1) использование сегнетоэлектриков для модуляторов, диэлектрических усилителей;

2) производство низкогабаритных и низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью;

3) использование сегнетоэлементов в электронно-вычислительной технике в качестве ячеек памяти;

4) изготовление пьезоэлектрических и пироэлектрических преобразователей.

5) использование сегнетоэлектриков и антисегнетоэлектриков для модуляции и преобразования лазерного излучения;