*****

Сегнетоэлектрики – кристаллические диэлектрики (полупроводники), обладающие в определённом диапазоне температур спонтанной поляризацией, которая существенно изменяется под влиянием внешних воздействий. Структуру сегнетоэлектрика можно представить как результат фазового перехода кристалла с искажением структуры (понижением симметрии) из неполярной структуры (пара–алектрические фазы) в полярную (сегнетоэлектрическую фазу). В большинстве случаев это искажение структуры такое же, как и при воздействии электрического поля на кристалл в неполярной (параэлектрической) фазе. Такие сегнетоэлектрики называются собственными, а искажение неполярной структуры связано с появлением спонтанной электрической поляризации. В ряде сегнетоэлектриков поляризация возникает как вторичный эффект, сопровождающий перестройку структуры, которая не связана непосредственно с поляризацией и не может быть вызвана электрическим полем. Такие сегнетоэлектрики называются несобственными.
Как правило, наблюдается фазовый переход непосредственно между сегнето– и параэлектрической (более симметричной) фазами. Однако есть кристаллы, в которых между этими фазами осуществляется промежуточная фаза с особыми свойствами – так называемая несоразмерная фаза (смотрите ниже).
Особенностью всех С. является относительная близость структур пара– и сегнетоэлектрических фаз. Изменения средних положений ионов при возникновении спонтанной поляризации обычно гораздо меньше, чем межионные расстояния. Поэтому спонтанная поляризация сегнетоэлектриков легко изменяется под влиянием внешних воздействий – электрических полей, упругих напряжений, изменений температуры и других. С этим связаны весьма высокие (по сравнению с обычными диэлектриками) значения диэлектрической проницаемости, пьезоэлектрических (смотрите Пьезоэлектрики) и пироэлектрических (смотрите Пироэлектрики) постоянных.

Первым веществом, в котором было обнаружено сегнетоэлектричество, была сегнетова соль KNaC4H4O6Ч4H2O. Аналогия между диэлектрическими свойствами этого вещества и ферромагнитными свойствами железа была установлена Дж.Валашеком (США) в 1920. Ему же удалось определить и температуру Кюри Tc как температуру перехода, при которой в сегнетовой соли возникает упорядоченная поляризация. Выше этой температуры дипольное упорядочение, а вместе с ним и сегнетоэлектричество, отсутствуют.

В кубической структуре шесть главных направлений вдоль ребер куба эквивалентны друг другу, а потому понятие тетрагонального искажения в равной мере пригодно по отношению к любому из них. В только что выращенном кристалле отдельные области, «домены», имеют разные направления поляризации. Эти домены часто выявляются в поляризованном свете, поскольку оптические свойства домена обладают той же симметрией, что и локальная кристаллическая структура. Ширина границ между доменами («доменных стенок»), как правило, не превышает нескольких элементарных ячеек.

Если к многодоменному кристаллу приложить электрическое поле, то домены, ориентированные вдоль поля, будут расти (вследствие смещения доменной стенки) за счет ориентированных против поля. В итоге весь кристалл превращается в один домен с однородными оптическими свойствами. Обращение вектора поляризации тоже сопровождается смещением доменной стенки.
Поскольку многие сегнетоэлектрические соединения обладают сходными структурами, можно образовать твердые растворы из двух или более таких веществ. Подобные растворы часто отличаются по своим свойствам от их ингредиентов; в частности, точка Кюри оказывается размытой, так что сегнетоэлектрический переход происходит постепенно в широком диапазоне температур и диэлектрическая проницаемость в этом диапазоне обнаруживает сложное поведение релаксационного характера. Такие переходы обычно называют диффузными, и соответствующие микроскопические процессы весьма интенсивно исследуются. Другие структуры, например композиционные материалы на основе сегнетоэлектриков и полимеров или стекол, часто сохраняют ценные качества своих ингредиентов. Примером могут служить гибкие сегнетоэлектрики, сегнетоэлектрики с большой сжимаемостью, а также многослойные структуры с большой электрической емкостью (способностью к накоплению заряда). Подобные композиционные материалы возможны по той причине, что из многих сегнетоэлектриков (например, BaTiO3 и цирконата–титаната свинца PZT) можно без труда изготовить поликристаллические керамики, а будучи отлиты в сложные формы, они обычно в значительной мере сохраняют сегнетоэлектрические свойства массивного материала.

Сегнетоэлектрические свойства обнаруживают не только твердые кристаллические вещества. Некоторые жидкие кристаллы и полимерные материалы тоже являются сегнетоэлектриками. В смектических жидких кристаллах молекулярная структура такова, что хиральные центры (молекулярные диполи) соседних молекул благодаря стерическим взаимодействиям между молекулами ориентированы почти параллельно. Внешнее электрическое поле изменяет направление этих диполей на обратное за счет молекулярных вращений. В полимере поливинилиденфториде PVF2 молекулярные диполи, присоединенные к полимерному скелету, могут быть ориентированы в электрическом поле с образованием устойчивой решетки, обнаруживающей макроскопическую поляризацию. Такие материалы весьма перспективны для многих видов применения.