Параэлектрический резонанс - это процесс резонансного поглощения радиоволн, связанный с переориентацией электрических дипольных моментов (ЭДМ) частиц вещества во внешних электрических полях. Эффект является электрическим аналогом магнитного резонанса. Первые наблюдения параэлектрического резонанса относятся к 1966г. Параэлектрический резонанс возможен, если ориентация ЭДМ относительно внешнего электрического поля не произвольна, а принимает ряд дискретных значений. При этом энергия взаимодействия частицы с полем также принимает дискретные значения. Дискретность ориентации дипольного момента появляется в двух случаях: если частица свободно вращается во внешнем электрическом поле или если частица, находящаяся во внутрикристаллическом электрическом поле, имеет несколько эквивалентных положений равновесия, отличающихся различным направлением дипольного момента и разделённых не слишком высоким энергетическим барьером, допускающим ориентацию частиц за счёт туннелирования.
В кристалле могут существовать дефекты, обладающие ЭДМ. Это прежде всего примесные молекулы, которые обладают ЭДМ даже в свободном состоянии (например в кристалле KCl с примесью ионов OH^- или CN^-, которые замещают в кристаллической решётке KCl ионы Cl^- и имеют 6 эквивалентных равновесных направлений ориентации собственного дипольного момента относительно кристаллографических осей). В кристалле они могут ориентироваться лишь в определённых (энергетически эквивалентных) направлениях в соответствии с симметрией окружения. К другому типу дефектов относятся нецентральные ионы, заместившие в кристалле более тяжёлые ионы. Равновесные положения примесных ионов смещены относительно узлов, с чем и связано появление ЭДМ. В соответствии с симметрией кристалла может быть несколько (4, 6, 8, 12) энергетически эквивалентных равновесных положений. Например, ион Li⁺, замещая больший по размеру ион К⁺ в кристалле KCl, оказывается смещенным в одно из 8 равновесных положений и образует вместе с отрицательной «дыркой» диполь, ориентация которого изменяется при туннелировании из одного положения в другое.
Наличие у дефектов эквивалентных положений приводит к вырождению состояний, между которыми происходят туннельные переходы. В результате возникает расщепление уровней. Внешнее постоянное электрическое поле смещает (дополнительно расщепляет) эти уровни, в результате чего появляется возможность ими управлять. Если к кристаллу дополнительно приложить ещё и переменное резонансное электрическое поле, возникают квантовые переходы с поглощением или излучением электромагнитных волн. Переходы осуществляются резонансно, на определенной частоте, соответствующей разности энергий между двумя уровнями. Это явление и принято называть параэлектрический резонанс. Характерная область частот эффекта - диапазон СВЧ (10¹⁰ –10¹¹ Гц).
Наряду с описанным выше параэлектрическим резонансом существуют родственные этому явлению эффекты, носящие иногда то же название. Такие парамагнитные центры, расположенные в местах кристаллической решётки, не являющихся центрами инверсии (например, Fe в узле или межузлии Si), обладают отличным от нуля ЭДМ. Энергетическая структура таких дефектов чувствительна не только к внешним магнитным полям, но и к внешним электрическим полям. Поэтому условия резонанса в них можно осуществить изменением внешнего статического электрического поля, а переходы между уровнями – переменным электрическим полем. Это позволяет комбинировать магнитные поля с электрическими.
 

Параэлектрический резонанс — спектроскопический метод высокого разрешения, который оказался столь же полезным при изучении кристаллов с нецентральными ионами, как магнитные резонансы в кристаллах с парамагнитными примесями.

Открытие параэлектрического резонанса и связанных с ним явлений привело к созданию нового направления в физике твёрдого тела – параэлектрической радиоспектроскопии. Её задачи совпадают с задачами магнитной радиоспектроскопии: изучение диполь-решёточного и диполь-дипольного взаимодействий, ширины резонансных линий, роли внешнего воздействий, природы дефектов и их окружения и т. д. Это направление находит и практическое применение: созданы генераторы гиперзвука, низкотемпературные термометры, разработан метод параэлектрического адиабатического охлаждения.

Имеет место далеко идущая аналогия между параэлектрической и магнитной спектроскопией. Отметим, что сдвинутый из узла решетки ион эквивалентен электрическому диполю и, таким образом, кристалл с нецентральными ионами представляет систему, содержащую «газ» электрических диполей. Внешнее электрическое поле ориентирует эти диполи подобно тому, как магнитное поле ориентирует магнитные диполи в парамагнитных кристаллах. Аналогично тому, как изучение электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и спин-решеточной релаксации позволяет определять основные параметры парамагнитных центров, характер взаимо¬действия парамагнитных центров друг с другом и с решеткой, а также ряд параметров решетки, параэлектрический резонанс позволяет, наряду с определением основных параметров нецентральных ионов, характера взаимодействия их друг с другом и решеткой, определять также ряд параметров кристалла

Простейший пример резонанса - туннельное расщепление в двухъямном потенциале (рис.1). Если барьер между минимумами бесконечно высок, каждое колебательное состояние в яме двухкратно вырождено. Для барьера конечной высоты в результате туннелирования колебательные уровни расщепляются на два туннельных.

Оказывается, что постоянное электрическое поле влияет на положение уровней. Поэтому изменение величины напряженности поля позволяет изменять расстояние между туннельными уровнями. В свою очередь переменное электрическое поле резонансной частоты может вызвать переходы между этими уровнями («прохождение» через резонанс осуществляется постоянным электрическим полем).