Электростатика

 

---

77 
3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ЭЛЕКТРОНИКА 
3.1. Физические основы 
Функциональная диэлектрическая электроника
пред-
ставляет собой направление в функциональной электронике, в 
котором изучаются явления и эффекты в активных диэлектри-
ках, а также возможность создания приборов и устройств обра-
ботки и хранения информации на основе динамических неодно-
родностей электрической, магнитной или электромагнитной 
природы. 
3.1.1. Динамические неоднородности 
 
Активные диэлектрики
- это диэлектрические материа-
лы, в которых могут быть возбуждены динамические неодно-
родности и которые предназначены для процессов генерации, 
усиления, преобразования и хранения информационных сигна-
лов. Активные диэлектрики существенно отличаются от пас-
сивных, которые применяются в основном в качестве электро-
изоляционных материалов. 
В активных диэлектриках в основном используются дина-
мические неоднородности различной физической природы: до-
мены, квазичастицы, неоднородности фоторефрактивной и 
электрооптической природы. 
Особый интерес представляют 
сегнетоэлектрические 
домены
. Сегнетоэлектрики - это кристаллические диэлектрики
,
обладающие в определѐнном интервале температур спонтанной 
(самопроизвольной) поляризацией, которая существенно изме-
няется под влиянием внешних воздействий. К числу наиболее 
исследованных и используемых на практике сегнетоэлектриков 
относятся титанат бария, сегнетова соль (давшая название всей 
группе кристаллов), триглицинсульфат, дигидрофосфат калия и 

---

78 
др. Обычно сегнетоэлектрики не являются однородно поляри-
зованными, а состоят из доменов (рис. 3.1, 
а
) - областей с раз-
личными направлениями спонтанной поляризации, так что при 
отсутствии внешних воздействий суммарный электрический 
дипольный момент 
Р
s
образца практически равен нулю. Нали-
чие поляризации в отсутствие внешнего электрического поля 
(спонтанной поляризации) является отличительной особенно-
стью сегнетоэлектриков. 
Рис. 3.1. Слоистая доменная структура и распределение в ней 
полей (
а
), структура сегнетоэлектрической доменной стенки (
б
), 
петля гистерезиса переполяризации домена (
в
) 
В соседних доменах направление вектора спонтанной по-
ляризации различно, а величина – одинакова. Поперечные раз-
меры доменов обычно порядка 10
-5
– 10
-3
см. Домены разделены 
переходной областью или доменной границей (рис. 3.1, 
б
). Пе-
реходная область между доменами (доменная граница, или 
стенка) имеет ширину около 10
-7
см (иногда до 10
-5
см). Домен-
ная конфигурация зависит от размеров и формы образца, нали-
чия неоднородностей и дефектов в кристалле и т.п., а также от 
симметрии кристалла, которая определяет число возможных 
направлений спонтанной поляризации. Например, у сегнетовой 
соли –два возможных антипараллельных направления, у тита-
ната бария BaTiO
3
(тетрагональной модификации) –шесть на-
правлений (рис. 3.2). 

---

79 
Рис. 3.2. Схематическое изображение доменов
и их поляризации в тетрагональной модификации BaTiO
3
; знаки 
и סּ показывают, что поляризация перпендикулярна плоско-
сти, на которой знак изображен, и направлена так, как показы-
вают стрелки на плоскостях 
Поляризация 
Р
s
зависит от напряженности электрического 
поля
 Е
нелинейным образом. При циклическом изменении
 Е
от 
+
Е
к
до
– Е
к
вектор поляризации меняется от
+ P
s
до
–P
s
,
где
 Е
к
 
—
коэрцитивная сила. Функция 
P
s
= 
f(E
к
) имеет вид петли гисте-
резиса (рис. 3.1, 
в
). Петля гистерезиса является отличительной 
чертой динамических неоднородностей сегнетоэлектрической 
природы. Время электронной переполяризации составляет око-
ло 10
-15
с. 
Спонтанной поляризацией обладают и