Гистерезис сегнетоэлектрический. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Гистерезис сегнетоэлектрический - неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации

сегнетоэлектриков от внеш. электрич. поля E при его циклич. изменении. Сегнетоэлектрич. кристаллы обладают в определ. температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, т. е. возникающей в отсутствие внеш. электрич. поля) электрич. поляризацией

Направление поляризации может быть изменено электрич. полем. При этом зависимость

в полярной фазе неоднозначна, значение

при данном

зависит от предыстории, т. е. от того, каким было электрич. поле в предшествующие моменты времени (рис. 1). Осн. параметры Г. с.- остаточная поляризация кристалла

при Е=0, значение поля Е_к, при котором происходит переполяризация (коэрцитивное поле), макс. поляризация

, соответствующая полю Е_макс. Для совершенных монокристаллов петля Г. с. имеет форму, близкую к прямоугольной, и

близко к

(рис. 1, а). В реальных кристаллах и сегнетоэлектрич. керамике петля имеет иную форму,

сильно отличается от

, процесс переполяризации затягивается на большой интервал значений E (рис. 1, б).

Рис. 1. Зависимость поляризации

от электрического поля E для сегнетоэлектрического кристалла в полярной фазе; а - идеальный кристалл, б - реальный сегнетоэлектрик.

Существование Г. с. следует из феноменологич. теории сегнетоэлектрич. явлений, в соответствии с к-рой в сегнетоэлектрич. кристалле возможно фиксированное число равновесных состояний с определ. направлением

. В идеальном кристалле в отсутствие электрич. поля состоянию равновесия соответствует однородная поляризация; реальный кристалл, как правило, разбивается на домены, в к-рых ориентация

соответствует указанным направлениям. В одноосных сегнетоэлектриках возможны лишь два противоположных направления

вдоль полярной оси. Равновесным значениям

отвечают два симметричных минимума на зависимости термодинамич. потенциала

от поляризации (сплошная кривая, рис. 2). При наложении поля К в равновесии реализуется состояние с поляризацией, отвечающей минимуму функции

; зависимость

становится несимметричной (пунктир на рис. 2), и миним. значению

соответствует то значение

, к-рое совпадает по направлению с Е. Переполяризация происходит, когда перепад значений функции

, соответствующих ее минимумам, становится достаточно заметным, а высота потенциального барьера, разделяющего состояния с противоположной ориентацией

,- достаточно малой. При циклич. изменении E переполяризация будет происходить с запаздыванием, обусловливая образование петли Г. с. В идеальном кристалле коэрцитивное поле должно соответствовать такому искажению потенциального рельефа (рис. 2), при к-ром один из минимумов практически исчезает и изменение направления

происходит скачком, одновременно по всему объёму кристалла. В реальных кристаллах процесс переполяризации протекает путём зарождения и разрастания в объёме кристалла областей с "благоприятным" по отношению к полю направлением поляризации.

Рис. 2. Зависимость термодинамического потенциала

сегнетоэлектрического кристалла от поляризации

при E=0 (жирная линия) и

(тонкие линии).

В сегнетоэлектриках с фазовым переходом первого рода при темп-pax, несколько превышающих температуру фазового перехода T₀, в перем. полях формируются двойные петли Г. с. (рис. 3). Петли такого рода связаны с поляризацией, индуцируемой полем E в нара-электрической (неполярной) фазе. При увеличении поля на участке OB (в параэлектрич. фазе вблизи Т_с)зависимость близка к линейной, как в обычных диэлектриках; при E=

в кристалле индуцируется спонтанная поляризация, к-рая исчезает при уменьшении поля в точке Е-

. Возможность формирования двойных петель Г. с. связана с особенностями зависимости

в параэлектрич. фазе вблизи Т_с (рис. 4). В параэлектрич. фазе, наряду с устойчивым состоянием

=0 при E=0, возможно появление при

боковых минимумов, соответствующих поляризованному состоянию. При увеличении поля и достижении значения E=

, достаточного для исчезновения минимума функции

при

=0, кристалл скачком изменяет свою поляризацию от

0 до

. При обратном ходе скачок в устойчивое состояние

О происходит при поле E=

, соответствующем исчезновению бокового минимума. При изменении знака E изменяется и знак индуцируемой полем поляризации; в перем. поле зависимость

имеет форму петли, состоящей из 2 лепестков (рис. 3).

Рис. 3. Двойные петли гистерезиса в сегнетоэлектриках.

Рис. 4. Зависимость Ф от поляризации в неполярной фазе вблизи Т_с при E =0, E=

, E =.

Для наблюдения петель Г. с. обычно используются разл. модификации схемы Сойера - Тауэра (рис. 5).

Кристаллич. конденсатор С_к, состоящий из пластины полярного среза сегнетоэлектрич. кристалла с нанесёнными на него металлич. электродами, включается в мостовую схему [C₀ - ёмкость (C₀

С_к), r₁ и r₂ - сопротивления]. Горизонтальное отклонение луча осциллографапропорционально электрич. напряжению, т. е. E. На вертик. пластины осциллографа подаётся напряжение

, где Q - заряд на каждой из последовательно соединённых ёмкостей С_к и C₀. T. к. Q=

(S-площадь электродов), то при циклическом изменении U на экране осциллографа наблюдается зависимость Q(U)или в определ. масштабе

Рис. 5. Схема для наблюдения петель гистерезиса.

Литература по сегнетоэлектрическому гистерезису

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.