7. Влияние напряженности электрического поля на диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектриков.

При помещении сегнетоэлектрика в электрическое поле суммарные моменты диполей ориентируются по полю и поляризация сегнетоэлектрика возрастает (рис. 33)

Рис. 33. Зависимости поляризации (Р) и диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков () от напряженности электрического поля (Е).

Рост поляризации приводит к росту отношения Р/Е, а следовательно, к росту диэлектрической проницаемости. Однако по мере роста напряженности поля прирост поляризации снижается, падает отношение P/E, и поэтому зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности поля имеет куполообразный вид. У сегнетоэлектриков максимальные значения диэлектрической проницаемости достигают сотен тысяч единиц, соответственно, габариты конденсаторов из таких материалов могут быть весьма малыми.

П ри помещении сегнетоэлектрика в элек­трическое поле некоторые домены имеют мини­мальную энергию, поскольку их дипольные мо­менты совпадают с направлением поля. Для сни­жения суммарной энергии материала эти домены растут, и суммарная поляризация сегнетоэлектрика увеличивается (рис. 4). После того, как благопри­ятно ориентированные домены заполнят весь крис­талл, рост поляризации прекратится.

Известно, что диэлектрическая проницае­мость является отношением вектора электрического смещения к вектору напряженности электрического поля =D/E. Таким образом, в области резкого роста поляризации диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков максимальна.

Подобная зависимость диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков от напря­женности электрического поля позволяет использовать такие материалы для изготовления датчиков напряженности электрического поля и варикондов – нелинейных конденсаторов, емкость которых зависит от приложенного напряжения.

13. Влияние температуры на спонтанную намагниченность ферромагнетиков.

Повышение температуры приводит к активизации колебаний ионов, и при равенстве энергии теплового движения этого ионов с энергией электростатического взаимодействия с другими ионами элементарные ячейки кристалла деполяризуется. В итоге кристалл переходит из ферромагнетического в парамагнетическое состояние. Температуру перехода принято называть температурой Кюри.

ход спонтанной намагниченности, который схематически показан на рис. 2, а. Намагниченность от максимального значения при Т=0 К падает до нуля при достижении температуры Кюри Т_с. Выше Т_с спонтанная намагниченность отсутствует, т.е. реализуется парамагнитное состояние

В том случае, когда внутренние орбитали атомов заполнены не полностью, происходит обмен электронами незаполненных орбиталей соседних атомов. При этом энергия атомов понижается на величину обменной энергии (U_обм). Величина обменной энергии зависит от квантовомеханической функции - обменного интеграла (А) и взаимной ориентации суммарных спиновых моментов соседних атомов: U_обм = -А (s₁s₂) Обменное взаимодействие может привести к взаимной ориентации магнитных моментов соседних атомов. В зависимости от ориентации магнитных моментов соседних атомов все вещества делят на ферромагнетики, антиферромагнетики и парамагнетики.

Обменный интеграл зависит от расстояния между соседними атомами (а) и от радиуса незаполненных орбиталей (r) или в обобщенном виде от отношения (а/r). Зависимость обменного интеграла от отношения а/r показана на рис.

П ри положительном значении этого интеграла обменное взаимодействие атомов приводит к параллельной ориентации нескомпенсированных спинов, обусловливающей спонтанную (то есть самопроизвольную) намагниченность вещества J_S, которая характеризует его фер­

ромагнитные свойства. Слово «спонтанная» подчеркивает, что эта намагниченность явля­ется следствием сил межатомного взаимодействия, а не появляется, как наведенная намагни­ченность у диа- и парамагнетиков, лишь в результате воздействия на вещество внешнего магнитного поля.

При отрицательном значении интеграла обмена нескомпенсированные спины электронов в незаполненных внутренних слоях соседних атомов самопроизвольно устанавливаются ан­типараллельно и, таким образом, взаимно компенсируются, так что собственный магнитный момент вещества становится равным нулю и спонтанная намагниченность отсутствует. В этом состоит явление антиферромагнетизма.

 

При повышении температуры вещества энергия теплового движения стремится разрушить состояние спонтанной намагниченности. При температуре, называемой точкой Кюри  , энергия теплового движения становится достаточной для преодоления ориентирующего дей­ствия обменной энергии и вещество утрачивает ферромагнитные свойства, превращаясь в парамагнетик. Чем выше интеграл обмена ферромагнетика, тем выше точка Кюри.При Т = 0С энергия теплового движения равна нулю и спонтанная намагниченность при­нимает наибольшее возможное значение. На рисунке 3 показаны графики зависимости спонтанной намагниченности от температуры.