الكهرباء الحديدية

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة

في الفيزياء وعلوم المواد ، تُعرف الخاصية الفيروكهربائية بأنها خاصية لبعض المواد تُظهر استقطابًا كهربائيًا تلقائيًا - وهو اصطفاف كهربائي داخلي ينشأ بشكل طبيعي دون مصدر خارجي. ويمكن عكس هذا الاستقطاب عند تطبيق مجال كهربائي خارجي. [ 1 ] [ 2 ]

جميع المواد الكهروإجهادية هي أيضاً مواد كهرضغطية (تولد شحنة كهربائية عند تعرضها لإجهاد ميكانيكي) ومواد كهروحرارية (تولد شحنة عند تسخينها أو تبريدها). وتكمن ميزتها الفريدة في أن الاستقطاب الكهربائي الطبيعي فيها قابل للانعكاس.

صِيغَ مصطلح "الكهرباء الحديدية" قياسًا على "المغناطيسية الحديدية" ، حيث تُظهر المادة عزمًا مغناطيسيًا دائمًا . كانت المغناطيسية الحديدية راسخةً بالفعل عندما لُوحظت الكهرباء الحديدية لأول مرة عام 1920 في ملح روشيل على يد الفيزيائي الأمريكي جوزيف فالاسيك . [ 3 ] وقد اعتُمدت البادئة "حديد" (بمعنى حديد) على الرغم من أن معظم المواد الكهربائية الحديدية لا تحتوي على الحديد.

تُعرف المواد التي تتميز بخواصها الكهروإجهادية والمغناطيسية الحديدية باسم المواد متعددة الخواص ، وهي ذات أهمية خاصة لأنها تجمع بين الترتيب الكهربائي والمغناطيسي في نظام واحد.

الاستقطاب

الاستقطاب العازل الخطي
الاستقطاب الباراكهربائي
الاستقطاب الفيروكهربائي

عندما تكون معظم المواد مستقطبة كهربائيًا ، يكون الاستقطاب المستحث P متناسبًا تقريبًا مع المجال الكهربائي الخارجي المطبق E ؛ لذا فإن الاستقطاب دالة خطية. يُسمى هذا الاستقطاب العازل الخطي (انظر الشكل). تُظهر بعض المواد، المعروفة بالمواد البارامغناطيسية [ 4 ] ، استقطابًا غير خطي أكثر وضوحًا (انظر الشكل). لا تكون السماحية الكهربائية ، التي تُمثل ميل منحنى الاستقطاب، ثابتة كما في المواد العازلة الخطية، بل هي دالة للمجال الكهربائي الخارجي.

إضافةً إلى كونها غير خطية، تُظهر المواد الفيروكهربائية استقطابًا تلقائيًا غير صفري (بعد التزامن ، انظر الشكل) حتى عندما يكون المجال الكهربائي المطبق E صفرًا. وتكمن السمة المميزة للمواد الفيروكهربائية في إمكانية عكس الاستقطاب التلقائي بتطبيق مجال كهربائي قوي مناسب في الاتجاه المعاكس؛ لذا، يعتمد الاستقطاب ليس فقط على المجال الكهربائي الحالي، بل أيضًا على تاريخه، مما ينتج عنه حلقة تخلف مغناطيسي . وقد سُميت هذه المواد بالفيروكهربائية قياسًا على المواد المغناطيسية الحديدية ، التي تتميز بتمغنط تلقائي وتُظهر حلقات تخلف مغناطيسي مماثلة.

عادةً، تُظهر المواد خاصية الاستقطاب الكهربائي فقط عند درجة حرارة انتقال طور معينة، تُسمى درجة حرارة كوري ( T<sub> C</sub> )، وتكون ذات خاصية الاستقطاب الكهربائي عند درجة حرارة أعلى من هذه الدرجة: حيث يختفي الاستقطاب التلقائي، وتتحول البلورة ذات الاستقطاب الكهربائي إلى الحالة ذات الاستقطاب الكهربائي. تفقد العديد من المواد ذات الاستقطاب الكهربائي خصائصها الكهروحرارية تمامًا عند درجة حرارة أعلى من T<sub> C</sub> ، لأن طورها ذو الاستقطاب الكهربائي يتميز ببنية بلورية متناظرة مركزيًا. [ 5 ]

التطبيقات

يمكن استغلال الطبيعة غير الخطية للمواد الفيروكهربائية لصنع مكثفات ذات سعة قابلة للتعديل. يتكون المكثف الفيروكهربائي عادةً من قطبين كهربائيين يفصل بينهما طبقة من المادة الفيروكهربائية. تتميز سماحية المواد الفيروكهربائية بأنها قابلة للتعديل، وغالبًا ما تكون عالية جدًا، خاصةً عند الاقتراب من درجة حرارة التحول الطوري. ولهذا السبب، تكون المكثفات الفيروكهربائية صغيرة الحجم مقارنةً بالمكثفات العازلة (غير القابلة للتعديل) ذات السعة المماثلة.

يُشير الاستقطاب التلقائي للمواد الكهروإجهادية إلى ظاهرة التخلف المغناطيسي ، والتي يُمكن استخدامها كوظيفة ذاكرة. وتُستخدم المكثفات الكهروإجهادية بالفعل في صناعة ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية [ 6 ] لأجهزة الكمبيوتر وبطاقات RFID . في هذه التطبيقات، تُستخدم عادةً أغشية رقيقة من المواد الكهروإجهادية، حيث يسمح ذلك بتحقيق المجال اللازم لعكس الاستقطاب بجهد معتدل. مع ذلك، عند استخدام الأغشية الرقيقة، يجب إيلاء اهتمام كبير للأسطح البينية والأقطاب الكهربائية وجودة العينة لضمان عمل الأجهزة بكفاءة. [ 7 ]

تتطلب اعتبارات التناظر أن تكون المواد الفيروكهربائية كهرضغطية وكهروحرارية أيضًا. وتجعل الخصائص المُجتمعة للذاكرة والكهرضغطية والكهروحرارية المكثفات الفيروكهربائية مفيدة للغاية، على سبيل المثال في تطبيقات الاستشعار. تُستخدم المكثفات الفيروكهربائية في أجهزة الموجات فوق الصوتية الطبية ( حيث تُولّد المكثفات نبضات الموجات فوق الصوتية ثم تستقبلها لتصوير الأعضاء الداخلية للجسم)، وكاميرات الأشعة تحت الحمراء عالية الجودة (حيث تُسقط صورة الأشعة تحت الحمراء على مصفوفة ثنائية الأبعاد من المكثفات الفيروكهربائية القادرة على اكتشاف فروق درجات الحرارة الصغيرة التي تصل إلى أجزاء من المليون من درجة مئوية)، وأجهزة استشعار الحرائق، وأجهزة السونار، وأجهزة استشعار الاهتزاز، وحتى حاقنات الوقود في محركات الديزل.

ومن الأفكار الأخرى التي حظيت باهتمام حديث، وصلة النفق الكهروإجهادية ( FTJ )، حيث تتكون نقطة التلامس من طبقة رقيقة كهروإجهادية بسمك نانومتري موضوعة بين أقطاب معدنية. [ 8 ] سمك الطبقة الكهروإجهادية صغير بما يكفي للسماح بمرور الإلكترونات عبر النفق. وقد تؤدي التأثيرات الكهروإجهادية وتأثيرات السطح البيني، بالإضافة إلى مجال إزالة الاستقطاب، إلى تأثير تبديل المقاومة الكهربائية العملاقة (GER).

ومن التطبيقات الأخرى المتنامية المواد متعددة الخصائص المغناطيسية والكهربائية ، حيث يبحث الباحثون عن طرق لربط الترتيب المغناطيسي والكهربائي الحديدي داخل مادة أو بنية غير متجانسة؛ وهناك العديد من المراجعات الحديثة حول هذا الموضوع. [ 9 ]

دُرست الخصائص التحفيزية للمواد الكهروإجهادية منذ عام 1952 عندما لاحظ بارافانو شذوذًا في معدلات أكسدة أول أكسيد الكربون على نيوبات الصوديوم والبوتاسيوم الكهروإجهادية بالقرب من درجة حرارة كوري لهذه المواد. [ 10 ] يمكن للمكون العمودي على السطح للاستقطاب الكهروإجهادي أن يُضيف شحنات تعتمد على الاستقطاب على أسطح المواد الكهروإجهادية، مما يُغير تركيبها الكيميائي. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] يفتح هذا المجال إمكانية إجراء التحفيز بما يتجاوز حدود مبدأ ساباتيه . [ 14 ] ينص مبدأ ساباتيه على أن تفاعل السطح مع المواد الممتزة يجب أن يكون في حده الأمثل: ليس ضعيفًا جدًا بحيث يكون خاملًا تجاه المتفاعلات، وليس قويًا جدًا بحيث يُسمم السطح ويمنع امتزاز النواتج: أي وضعًا وسطًا. [ 15 ] يُشار عادةً إلى هذه المجموعة من التفاعلات المثلى باسم "قمة البركان" في مخططات بركان النشاط. [ 16 ] من جهة أخرى، يمكن للكيمياء المعتمدة على الاستقطاب الكهربائي الحديدي أن توفر إمكانية تحويل تفاعل السطح مع المواد الممتزة من امتزاز قوي إلى إزالة امتزاز قوية ، وبالتالي لم يعد هناك حاجة إلى حل وسط بين الامتزاز وإزالة الامتزاز. [ 14 ] يمكن للاستقطاب الكهربائي الحديدي أن يعمل أيضًا كحاصد للطاقة . [ 17 ] يمكن للاستقطاب أن يساعد في فصل أزواج الإلكترون-فجوة الضوئية ، مما يؤدي إلى تعزيز التحفيز الضوئي. [ 18 ] كذلك، وبسبب التأثيرات الكهروحرارية والكهروإجهادية في ظل درجات حرارة متغيرة (دورات التسخين/التبريد) [ 19 ] [ 20 ] أو ظروف إجهاد متغيرة (اهتزازات) [ 21 ]، يمكن أن تظهر شحنات إضافية على السطح وتدفع تفاعلات كيميائية (كهربائية) مختلفة إلى الأمام.

التصوير الكهروضوئي هو تقنية لتسجيل المعلومات البصرية على قطع من المواد الكهروضوئية. الصور غير متطايرة وقابلة للمسح بشكل انتقائي. [ 22 ]

مواد

ترتبط ثنائيات الأقطاب الكهربائية الداخلية للمادة الفيروكهربائية بشبكتها البلورية، لذا فإن أي تغيير في هذه الشبكة سيؤدي إلى تغيير قوة ثنائيات الأقطاب (أي تغيير في الاستقطاب التلقائي). وينتج عن هذا التغيير في الاستقطاب التلقائي تغيير في الشحنة السطحية. وهذا بدوره قد يتسبب في تدفق التيار في حالة المكثف الفيروكهربائي حتى بدون وجود جهد خارجي مطبق عليه. ومن بين المؤثرات التي تُغير أبعاد الشبكة البلورية للمادة: القوة ودرجة الحرارة. يُطلق على توليد الشحنة السطحية استجابةً لتطبيق إجهاد خارجي على المادة اسم الكهروإجهادية . أما التغيير في الاستقطاب التلقائي للمادة استجابةً لتغير درجة الحرارة فيُطلق عليه اسم الكهروحرارية .

عمومًا، يوجد 230 مجموعة فراغية ، من بينها 32 فئة بلورية. يوجد 21 فئة غير متناظرة مركزيًا، منها 20 فئة كهرضغطية . من بين الفئات الكهرضغطية، تتميز 10 فئات باستقطاب كهربائي تلقائي يتغير بتغير درجة الحرارة؛ لذا فهي كهرضغطية حرارية . الكهرضغطية الحديدية هي نوع فرعي من الكهرضغطية الحرارية، وتُضفي استقطابًا إلكترونيًا تلقائيًا على المادة. [ 23 ]

32 فئة بلورية
21 غير متناظر مركزيًا11 متناظر مركزيًا
20 فئة كهرضغطيةغير كهرضغطية
10 فئات من المواد الكهروحراريةغير كهروحراري
المواد الفيروكهربائيةغير حديدي كهربائي
على سبيل المثال  : PbZr/TiO 3 ، BaTiO 3 ، PbTiO 3 ، AlN [ 24 ]مثال  : التورمالين ، أكسيد الزنك ،مثال  : الكوارتز ، لانغاسيت

غالبًا ما تُصنف التحولات الطورية للمواد الفيروكهربائية إلى نوعين: إزاحية (مثل BaTiO₃ ) أو من نوع الترتيب-اللا ترتيب (مثل NaNO₂ ) ، مع أن بعض التحولات الطورية تُظهر عناصر من كلا النوعين. في تيتانات الباريوم ، وهي مادة فيروكهربائية نموذجية من النوع الإزاحي، يُمكن فهم التحول من خلال ظاهرة الاستقطاب الكارثي، حيث إذا أُزيح أيونٌ عن موضع اتزانه قليلًا، فإن القوة الناتجة عن المجالات الكهربائية المحلية للأيونات في البلورة تزداد أسرع من قوى الاستعادة المرنة . يؤدي هذا إلى إزاحة غير متناظرة في مواضع الأيونات عند الاتزان، وبالتالي إلى عزم ثنائي قطب دائم. يتعلق الإزاحة الأيونية في تيتانات الباريوم بالموضع النسبي لأيون التيتانيوم داخل قفص الأكسجين ثماني السطوح. أما في تيتانات الرصاص ، وهي مادة فيروكهربائية رئيسية أخرى، فعلى الرغم من تشابه بنيتها إلى حد كبير مع تيتانات الباريوم، إلا أن القوة الدافعة للفيروكهربائية أكثر تعقيدًا، حيث تلعب التفاعلات بين أيونات الرصاص والأكسجين دورًا مهمًا أيضًا. في المواد الكهروإجهادية ذات الترتيب واللا ترتيب، يوجد عزم ثنائي القطب في كل خلية وحدة، ولكن عند درجات الحرارة العالية، تتجه هذه العزوم في اتجاهات عشوائية. وعند خفض درجة الحرارة والمرور بالانتقال الطوري، تترتب العزوم ثنائية القطب، وتتجه جميعها في نفس الاتجاه داخل نطاق معين.

يُعد زركونات تيتانات الرصاص (PZT) مادةً كهروإجهادية مهمة للتطبيقات ، وهو جزء من المحلول الصلب المتكون بين تيتانات الرصاص الكهروإجهادية وزركونات الرصاص المضادة للكهروإجهادية . تُستخدم تركيبات مختلفة لتطبيقات مختلفة؛ ففي تطبيقات الذاكرة، يُفضل استخدام PZT الأقرب في تركيبه إلى تيتانات الرصاص، بينما تستفيد التطبيقات الكهروإجهادية من معاملات الكهروإجهاد المتباعدة المرتبطة بحدود الطور المورفوتروبي الموجودة بالقرب من التركيب 50/50.

تُظهر البلورات الفيروكهربائية عادةً عدة درجات حرارة انتقالية وتخلفًا في بنية النطاقات ، تمامًا كما هو الحال في البلورات الفيرومغناطيسية . ولا تزال طبيعة الانتقال الطوري في بعض البلورات الفيروكهربائية غير مفهومة تمامًا.

في عام 1974، استخدم آر بي ماير حجج التناظر للتنبؤ بخصائص البلورات السائلة الفيروكهربائية ، [ 25 ] وقد أمكن التحقق من هذا التنبؤ فورًا من خلال عدة ملاحظات لسلوك مرتبط بالفيروكهربائية في أطوار البلورات السائلة السمتيكية ذات التناظر الحلزوني والمائل. تتيح هذه التقنية تصنيع شاشات مسطحة. وقد تولت شركة كانون الإنتاج الضخم لهذه التقنية بين عامي 1994 و1999. تُستخدم البلورات السائلة الفيروكهربائية في إنتاج شاشات LCoS العاكسة .

في عام 2010، اكتشف ديفيد فيلد أن الأغشية الرقيقة من مواد كيميائية مثل أكسيد النيتروز أو البروبان تُظهر خصائص كهروإجهادية. [ 26 ] تُظهر هذه الفئة الجديدة من المواد الكهروإجهادية خصائص " كهربائية تلقائية "، وقد يكون لها تطبيقات واسعة النطاق في الأجهزة وتكنولوجيا النانو، كما أنها تؤثر على الطبيعة الكهربائية للغبار في الوسط بين النجوم.

تشمل المواد الكهروإجهادية الأخرى المستخدمة كبريتات ثلاثي الغليسين ، وبولي فينيليدين فلورايد (PVDF)، وتانتالات الليثيوم . [ 27 ] ويمكن إنشاء طبقة أحادية كهروإجهادية بسماكة ذرة واحدة باستخدام البزموت النقي . [ 28 ]

ينبغي أن يكون من الممكن إنتاج مواد تجمع بين الخصائص الفيروكهربائية والمعدنية في آن واحد، عند درجة حرارة الغرفة. [ 29 ] ووفقًا لبحث نُشر عام 2018 في مجلة Nature Communications ، [ 30 ] تمكن العلماء من إنتاج صفيحة ثنائية الأبعاد من مادة تتميز بخاصية الفيروكهربائية (ذات بنية بلورية قطبية) وتوصيل الكهرباء.

نظرية

يمكن الاطلاع على مقدمة لنظرية لانداو هنا. [ 31 ] استنادًا إلى نظرية جينزبورغ-لانداو ، يمكن كتابة الطاقة الحرة لمادة كهروإجهادية، في غياب المجال الكهربائي والإجهاد المطبق، على شكل متسلسلة تايلور بدلالة معامل الترتيب، P. إذا تم استخدام متسلسلة من الرتبة السادسة (أي تم حذف الحدود من الرتبة الثامنة وما فوق)، فإن الطاقة الحرة تُعطى بالصيغة التالية:

Δهـ=12α0(تي-تي0)(Px2+Py2+Pz2)+14α11(Px4+Py4+Pz4)+12α12(Px2Py2+Py2Pz2+Pz2Px2)+16α111(Px6+Py6+Pz6)+12α112[Px4(Py2+Pz2)+Py4(Px2+Pz2)+Pz4(Px2+Py2)]+12α123Px2Py2Pz2{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta E=&\quad \,{\tfrac {1}{2}}\alpha _{0}(T-T_{0})(P_{x}^{2}+P_{y}^{2}+P_{z}^{2})\\[4pt]&+{\tfrac {1}{4}}\alpha _{11}(P_{x}^{4}+P_{y}^{4}+P_{z}^{4})\\[4pt]&+{\tfrac {1}{2}}\alpha _{12}(P_{x}^{2}P_{y}^{2}+P_{y}^{2}P_{z}^{2}+P_{z}^{2}P_{x}^{2})\\[4pt]&+{\tfrac {1}{6}}\alpha _{111}(P_{x}^{6}+P_{y}^{6}+P_{z}^{6})\\[4pt]&+{\tfrac {1}{2}}\alpha _{112}{\bigl [}P_{x}^{4}(P_{y}^{2}+P_{z}^{2})+P_{y}^{4}(P_{x}^{2}+P_{z}^{2})+P_{z}^{4}(P_{x}^{2}+P_{y}^{2}){\bigr ]}\\[4pt]&+{\tfrac {1}{2}}\alpha _{123}P_{x}^{2}P_{y}^{2}P_{z}^{2}\end{aligned}}}

حيث تمثل P <sub>x</sub> و P <sub>y</sub> و P<sub> z</sub> مركبات متجه الاستقطاب في الاتجاهات x و y و z على التوالي، ويجب أن تتوافق المعاملات α <sub> i</sub> و α <sub> ij</sub> و α <sub>ijk</sub> مع تناظر البلورة. ولدراسة تكوين النطاقات وغيرها من الظواهر في المواد الكهروإجهادية، تُستخدم هذه المعادلات غالبًا في سياق نموذج المجال الطوري . ويتضمن ذلك عادةً إضافة حد التدرج، وحد الكهروستاتيكي، وحد المرونة إلى الطاقة الحرة. ثم تُجزأ المعادلات على شبكة باستخدام طريقة الفروق المحدودة أو طريقة العناصر المحدودة ، وتُحل وفقًا لقيود قانون جاوس والمرونة الخطية .

في جميع المواد الكهروإجهادية المعروفة، يكون α₀ > 0 و α₁₁ > 0. يمكن الحصول على هذه المعاملات تجريبياً أو من خلال محاكاة ab-initio. بالنسبة للمواد الكهروإجهادية ذات الانتقال الطوري من الدرجة الأولى، يكون α₁₁ < 0 ، بينما يكون α₁₁ > 0 في حالة الانتقال الطوري من الدرجة الثانية.

يمكن الحصول على الاستقطاب التلقائي ، P s ، لمادة كهروإجهادية من خلال النظر في التعبير أحادي البعد للطاقة الحرة وهو:

Δهـ=12α0(تي-تي0)Px2+14α11Px4+16α111Px6{\displaystyle \Delta E={\tfrac {1}{2}}\alpha _{0}(T-T_{0})P_{x}^{2}+{\tfrac {1}{4}}\alpha _{11}P_{x}^{4}+{\tfrac {1}{6}}\alpha _{111}P_{x}^{6}}

تتخذ هذه الطاقة الحرة شكل جهد ذي بئرين، مع وجود حدين أدنى للطاقة الحرة عند P <sub>x</sub> = P<sub> s </sub>، وهو الاستقطاب التلقائي. نحسب مشتقة الطاقة الحرة، ونساويها بالصفر لحساب P<sub> s</sub> .

∂Δهـ∂Px=α0(تي-تي0)Px+α11Px3+α111Px5⟹0=∂Δهـ∂Px=Ps[α0(تي-تي0)+α11Ps2+α111Ps4]{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial \Delta E}{\partial P_{x}}}&=\alpha _{0}(T-T_{0})P_{x}+\alpha _{11}P_{x}^{3}+\alpha _{111}P_{x}^{5}\\[4pt]\implies 0={\frac {\partial \Delta E}{\partial P_{x}}}&=P_{s}{\bigl [}\alpha _{0}(T-T_{0})+\alpha _{11}P_{s}^{2}+\alpha _{111}P_{s}^{4}{\bigr ]}\end{aligned}}}

بما أن حل P s = 0 لهذه المعادلة يتوافق إلى حد كبير مع الحد الأقصى للطاقة الحرة في الطور الفيروكهربائي، فإن الحلول المطلوبة لـ P s تتوافق مع جعل العامل المتبقي يساوي صفرًا: α0(تي-تي0)+α11Ps2+α111Ps4=0{\displaystyle \alpha _{0}(T-T_{0})+\alpha _{11}P_{s}^{2}+\alpha _{111}P_{s}^{4}=0}

والحل هو:

Ps2=12α111[-α11±α112+4α0α111(تي0-تي)]{\displaystyle P_{s}^{2}={\frac {1}{2\alpha _{111}}}\left[-\alpha _{11}\pm {\sqrt {\alpha _{11}^{2}+4\alpha _{0}\alpha _{111}(T_{0}-T)}}\;\right]}

وبإزالة الحلول التي تأخذ الجذر التربيعي لعدد سالب (سواءً للانتقالات الطورية من الدرجة الأولى أو الثانية) نحصل على:

Ps=±12α111[-α11+α112+4α0α111(تي0-تي)]{\displaystyle P_{s}=\pm {\sqrt {{\frac {1}{2\alpha _{111}}}\left[-\alpha _{11}+{\sqrt {\alpha _{11}^{2}+4\alpha _{0}\alpha _{111}(T_{0}-T)}}\;\right]}}}

لوα11=0{\displaystyle \alpha _{11}=0}، وبالتالي فإن حل الاستقطاب التلقائي يختزل إلى:

Ps=±α0(تي0-تي)α1114{\displaystyle P_{s}=\pm {\sqrt[{4}]{\frac {\alpha _{0}(T_{0}-T)}{\alpha _{111}}}}}

يمكن الحصول على حلقة التخلف ( P x مقابل E x ) من توسيع الطاقة الحرة عن طريق تضمين الحد − E x P x المقابل للطاقة الناتجة عن مجال كهربائي خارجي E x يتفاعل مع الاستقطاب P x ، كما يلي:

Δهـ=12α0(تي-تي0)Px2+14α11Px4+16α111Px6-هـxPx{\displaystyle \Delta E={\tfrac {1}{2}}\alpha _{0}(T-T_{0})P_{x}^{2}+{\tfrac {1}{4}}\alpha _{11}P_{x}^{4}+{\tfrac {1}{6}}\alpha _{111}P_{x}^{6}-E_{x}P_{x}}

نجد قيم الاستقطاب المستقرة لـ P x تحت تأثير المجال الخارجي، والتي يُشار إليها الآن بـ P e ، وذلك مرة أخرى عن طريق جعل مشتق الطاقة بالنسبة إلى P x يساوي صفرًا: ∂Δهـ∂Px=α0(تي-تي0)Px+α11Px3+α111Px5-هـx=0هـx=α0(تي-تي0)Pهـ+α11Pهـ3+α111Pهـ5{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial \Delta E}{\partial P_{x}}}&=\alpha _{0}(T-T_{0})P_{x}+\alpha _{11}P_{x}^{3}+\alpha _{111}P_{x}^{5}-E_{x}=0\\[4pt]E_{x}&=\alpha _{0}(T-T_{0})P_{e}+\alpha _{11}P_{e}^{3}+\alpha _{111}P_{e}^{5}\end{aligned}}}

رسم E <sub>x</sub> (على المحور السيني) كدالة لـ P <sub>e </sub> (على المحور الصادي) يعطي منحنى على شكل حرف S متعدد القيم بالنسبة لـ P <sub>e</sub> لبعض قيم E <sub>x</sub> . الجزء المركزي من حرف S يمثل قيمة عظمى محلية للطاقة الحرة (لأن∂2Δهـ∂Px2<0{\displaystyle {\tfrac {\partial ^{2}\Delta E}{\partial P_{x}^{2}}}<0}). يؤدي حذف هذه المنطقة، وربط الأجزاء العلوية والسفلية من منحنى "S" بخطوط عمودية عند نقاط عدم الاستمرارية، إلى الحصول على حلقة التخلف المغناطيسي للاستقطاب الداخلي الناتج عن مجال كهربائي خارجي.

خاصية الانزلاق الفيروكهربائي

تُلاحظ ظاهرة الاستقطاب الكهربائي الانزلاقي على نطاق واسع، ولكن فقط في الطبقات ثنائية الأبعاد (2D) ذات التراص من نوع فان دير فالس. ويتم تبديل الاستقطاب الكهربائي العمودي عن طريق الانزلاق بين الطبقات في المستوى. [ 32 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فيرنر كانزيغ (1957). "المواد الكهروإجهادية والمواد المضادة للكهروإجهادية" . في: فريدريك سيتز؛ تي بي داس؛ ديفيد تورنبول؛ إي إل هان (محررون). فيزياء الحالة الصلبة . المجلد  4. دار النشر الأكاديمية. ص  5. OCLC 301369749 . 
  2. ↑ م. لاينز؛ أ. جلاس (1979). مبادئ وتطبيقات المواد الكهروإجهادية والمواد ذات الصلة . مطبعة كلارندون، أكسفورد. ISBN 978-0-19-851286-8.
  3. ↑ انظر ج. فالاسيك (1920). "الظواهر الكهروإجهادية وما يتصل بها في ملح روشيل" . مجلة Physical Review . 15 (6): 537. Bibcode : 1920PhRv...15..505. doi : 10.1103 /PhysRev.15.505 .و ج. فالاسيك (1921). "الظواهر الكهروإجهادية وما يتصل بها في ملح روشيل" . مجلة Physical Review . 17 (4): 475. Bibcode : 1921PhRv...17..475V . doi : 10.1103/PhysRev.17.475 . hdl : 11299/179514 .
  4. ↑ تشيانغ، واي. وآخرون: السيراميك الفيزيائي، جون وايلي وأولاده 1997، نيويورك
  5. ↑ سفاري، أحمد (2008). المواد الكهروإجهادية والصوتية لتطبيقات المحولات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 21. رمز المرجع : 2008pamt.book.....S . رقم ISBN  978-0-387-76540-2.
  6. ↑ جيه إف سكوت (2000). ذاكرات كهروإجهادية . سبرينغر. ISBN 978-3-540-66387-4.
  7. ↑ م. داوبر؛ ك.م. رابي ؛ ج.ف. سكوت (2005). "فيزياء أكاسيد الفيروكهربائية ذات الأغشية الرقيقة". مراجعات الفيزياء الحديثة . 77 (4): 1083. arXiv : cond-mat/0503372 . Bibcode : 2005RvMP...77.1083D . doi : 10.1103/RevModPhys.77.1083 . S2CID 7517767 . 
  8. ↑ م. ي. جورافليف؛ ر. ف. سابيريانوف؛ س. س. جاسوال؛ إ. ي. تسيمبال (2005). "المقاومة الكهربائية العملاقة في وصلات النفق الكهروإجهادية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 94 (24): 246802-4 . arXiv : cond-mat/0502109 . Bibcode : 2005PhRvL..94x6802Z . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.246802 . S2CID 15093350 . 
  9. ↑ راميش، ر.؛ سبالدين، ن. أ. (2007). " المواد متعددة الخصائص المغناطيسية والكهربائية: التقدم والآفاق في الأغشية الرقيقة". مجلة نيتشر ماتيريالز . 6 (1): 21-29 . رمز Bibcode : 2007NatMa...6...21R . doi : 10.1038/nmat1805 . PMID 17199122 . دبليو. إيرينستين؛ إن. دي. ماثور؛ جيه. إف. سكوت (2006). "المواد متعددة الخصائص المغناطيسية والكهربائية". مجلة نيتشر . 442 (7104): 759-765 . رمز Bibcode : 2006Natur.442..759E . doi : 10.1038/nature05023 . PMID 16915279. S2CID 4387694 .  سبالدين، ن. أ .؛ فيبيغ، م. (2005). "نهضة المواد المغناطيسية الكهربائية متعددة الخصائص". مجلة ساينس . 309 (5733): 391-392 . doi : 10.1126/science.1113357 . PMID 16020720. S2CID 118513837 .  م. فيبيغ (2005). "إحياء التأثير المغناطيسي الكهربائي". مجلة الفيزياء د: الفيزياء التطبيقية . 38 (8): R123. رمز Bibcode : 2005JPhD...38R.123F . doi : 10.1088/0022-3727/38/8/R01 . S2CID 121588385 . 
  10. ↑ بارافانو، ج. (فبراير 1952). "التحولات الفيروكهربائية والحفز غير المتجانس". مجلة الفيزياء الكيميائية . 20 (2): 342-343 . Bibcode : 1952JChPh..20..342P . doi : 10.1063/1.1700412 .
  11. ↑ كاكخاني، أرفين؛ إسماعيل بيجي، سهراب؛ ألتمان، إريك آي. (أغسطس 2016). "المواد الكهروإجهادية: مسار نحو كيمياء سطحية قابلة للتحويل وحفز" . علوم الأسطح . 650 : 302-316 . Bibcode : 2016SurSc.650..302K . doi : 10.1016/j.susc.2015.10.055 .
  12. ↑ كولباك، أليكسي م.؛ غرينبيرغ، إيليا؛ راب، أندرو م. (16 أبريل 2007). "تأثيرات الاستقطاب على كيمياء سطح أغشية البلاتين المدعومة بـ PbTiO₃". رسائل المراجعة الفيزيائية . 98 (16) 166101. doi : 10.1103/PhysRevLett.98.166101 . PMID 17501432 . 
  13. ↑ يون، يانغ؛ ألتمان، إريك آي. (ديسمبر 2007). "استخدام الاستقطاب الفيروكهربائي لتغيير الامتزاز على أسطح الأكاسيد". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 129 (50): 15684-15689 . Bibcode : 2007JAChS.12915684Y . doi : 10.1021/ja0762644 . PMID 18034485 . 
  14. 1 2 كاكخاني، أرفين؛ إسماعيل بيجي، سهراب (29 يونيو 2015). "الحفز القائم على المواد الكهروإجهادية: كيمياء السطح القابلة للتحويل" . ACS Catalysis . 5 (8): 4537–4545 . Bibcode : 2015APS..MARY26011K . doi : 10.1021/acscatal.5b00507 .
  15. ↑ لورسن، أندرس ب.؛ مان، إيزابيلا كوستينيلا؛ ترينهامر، أولي ل.؛ روسمايسل، يان؛ دال، سورين (ديسمبر 2011). "مبدأ ساباتير موضحًا بتحلل بيروكسيد الهيدروجين التحفيزي على أسطح المعادن ". مجلة التعليم الكيميائي . 88 (12): 1711-1715 . Bibcode : 2011JChEd..88.1711L . doi : 10.1021/ed101010x .
  16. ^ سيه، تشي وي؛ كيبسجارد، جاكوب؛ ديكنز، كولن ف. تشوركيندورف، إب؛ نورسكوف، ينس ك.؛ جاراميلو ، توماس ف. (2017-01-13). “الجمع بين النظرية والتجربة في التحفيز الكهربائي: رؤى في تصميم المواد” (PDF) . علوم . 355 (6321) 4998. دوى : 10.1126/science.aad4998 . أوستي 1349286 . بميد 28082532 . S2CID 217918130 .   
  17. ↑ تشانغ، يان؛ شي، مينغينغ؛ أداماكي، فانا؛ خانباره، حميدة؛ بوين، كريس ر. (2017). "التحكم في العمليات الكهروكيميائية باستخدام مواد وأجهزة حصاد الطاقة" . مجلة الجمعية الكيميائية . 46 (24): 7757-7786 . Bibcode : 2017CSRev..46.7757Z . doi : 10.1039/c7cs00387k . PMID 29125613 . 
  18. ↑ فانغ، ليانغ؛ يو، لو؛ ليو، جون مينغ (2018). "المواد الكهروإجهادية في التحفيز الضوئي". المواد الكهروإجهادية لتطبيقات الطاقة . ص 265-309 . doi : 10.1002/9783527807505.ch9 . ISBN  978-3-527-80750-5. S2CID 104740681 . 
  19. ^ بنكي، أنجريت. مهنر، إريك؛ روزنكرانز، ماركو؛ دميترييفا، يفغينيا؛ ليسيجانج، تيلمان؛ ستوكر، هارتموت؛ بومبي، فولفجانج؛ ماير، ديرك سي. (2015-07-30). “مدفوعة بالكهرباء الحرارية •جيل OH بواسطة جسيمات الباريوم تيتانات والبلاديوم النانوية”. مجلة الكيمياء الفيزيائية ج . 119 (32): 18278–18286 . دوى : 10.1021/acs.jpcc.5b04589 .
  20. ↑ كاكخاني، أرفين؛ إسماعيل بيجي، سهراب (2016). "كيمياء سطح أكسيد الفيروكهربائي: تحليل الماء عبر الكهروحرارية". مجلة كيمياء المواد أ . 4 (14): 5235-5246 . Bibcode : 2016JMCA....4.5235K . doi : 10.1039/C6TA00513F .
  21. ↑ ستار، ماثيو ب.؛ شي، جيان؛ وانغ، شودونغ (11 يونيو 2012). "تفاعلات الأكسدة والاختزال المدفوعة بالجهد الكهروإجهادي على سطح المواد الكهروإجهادية" . Angewandte Chemie International Edition . 51 (24): 5962–5966 . Bibcode : 2012ACIE...51.5962S . doi : 10.1002/anie.201201424 . PMID 22556008 . 
  22. ↑ لاند، سيسيل (2004). "التصوير الكهروضوئي". موسوعة ماكجرو هيل الموجزة للعلوم والتكنولوجيا ( الطبعة الخامسة). نيويورك: ماكجرو هيل. 
  23. ↑ واتمور، ر. و. (1991). "المواد الكهروإجهادية والكهروحرارية وتطبيقاتها". في: ميلر، ل. س.؛ مولين، ج. ب. (محرران). المواد الإلكترونية: من السيليكون إلى المواد العضوية . بوسطن، ماساتشوستس: سبرينغر الولايات المتحدة. ص 283-290 . doi : 10.1007/978-1-4615-3818-9_19 . ISBN  978-1-4615-3818-9.
  24. ↑ وانلين تشو، جون هايدن، فان هي، جونغ-إن يانغ، باناويت تيبساوات، محمد د. حسين، جون-بول ماريا، وسوزان تروليير-ماكينستري، "التحويل الفيروكهربائي المعتمد بشدة على درجة الحرارة في الأغشية الرقيقة من AlN وAl1-xScxN وAl1-xBxN"، مجلة الفيزياء التطبيقية، المجلد 119، 062901 (2021) https://doi.org/10.1063/5.0057869
  25. ↑ كلارك، نويل أ.؛ لاغروال، سفين ت. (يونيو 1980). "التبديل الكهروضوئي ثنائي الاستقرار في البلورات السائلة في نطاق أجزاء من الميكروثانية". رسائل الفيزياء التطبيقية . 36 (11): 899-901 . Bibcode : 1980ApPhL..36..899C . doi : 10.1063/1.91359 .
  26. ↑ بليكان، أوكسانا (2010). "سلوك كهروإجهادي جديد لأغشية N2O: جهود تلقائية تصل إلى 40 فولت." عرض ملصق في مؤتمر ECAMP 2010، سالامانكا، إسبانيا. – عبر جامعة آرهوس.
  27. ↑ أغاروال، دكتور في الطب؛ أ. ك. باترا؛ ب. غوغيلا؛ م. إ. إدواردز؛ ب. ج. بن؛ ج. ر. كوري الابن (مارس 2010). "المواد الكهروحرارية لكاشفات الأشعة تحت الحمراء غير المبردة: المعالجة والخصائص والتطبيقات" (ملف PDF) . وكالة ناسا . ص 3. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2013 . 
  28. ↑ "اكتشاف الخاصية الكهروإجهادية في مادة أولية" . الجامعة الوطنية في سنغافورة . أبريل 2023. تاريخ الاطلاع: 10 أبريل 2023 .
  29. ↑ "علماء الفيزياء في جامعة روتجرز يبتكرون فئة جديدة من المواد الاصطناعية ثنائية الأبعاد" .
  30. ↑ كاو، يانوي؛ وانغ، تشن؛ بارك، سي يونغ؛ يوان، ياكون؛ ليو، شياوران؛ نيكيتين، سيرجي م.؛ أكاماتسو، هيروفومي؛ كاريف، م.؛ ميدي، س.؛ مايرز، د.؛ طومسون، ب.؛ رايان، ب.ج.؛ شيفر، بادريك؛ ندياي، أ.؛ أرينهولز، إ.؛ غوبالان، فينكاترامان؛ تشو، ييمي؛ رابي، كارين م .؛ تشاخاليان، ج. (18 أبريل 2018). "معدن قطبي ثنائي الأبعاد اصطناعي في درجة حرارة الغرفة" . نيتشر كوميونيكيشنز . 9 (1): 1547. arXiv : 1804.05487 . Bibcode : 2018NatCo...9.1547C . doi : 10.1038/ s41467-018-03964-9 . PMC 5906683. PMID 29670098 .  
  31. ↑ ب. تشاندرا؛ ب.ب. ليتلوود (2006). "مقدمة لاندو للمواد الكهروإجهادية". arXiv : cond-mat/0609347 .
  32. ↑ وو، مينغهاو؛ لي، جو (14 ديسمبر 2021). "الخاصية الفيروكهربائية الانزلاقية في مواد فان دير فالس ثنائية الأبعاد: الفيزياء ذات الصلة والفرص المستقبلية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 118 (50) e2115703118. Bibcode : 2021PNAS..11815703W . doi : 10.1073 / pnas.2115703118 . PMC 8685923. PMID 34862304. S2CID 244872105 .   

للمزيد من القراءة

  • سيدوركين، أ. س. (2006). بنية النطاقات في المواد الكهروإجهادية والمواد ذات الصلة . مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-1-904602-14-9.
  • كارين م. رابي ؛ جان مارك تريسكون؛ تشارلز هـ. آهن (2007). فيزياء المواد الكهروإجهادية: منظور حديث . سبرينغر. ISBN 978-3-540-34591-6.
  • خوليو أ. غونزالو (2006). منهج المجال الفعال للانتقالات الطورية وبعض التطبيقات على المواد الكهروإجهادية . دار النشر العالمية. رقم ISBN 978-981-256-875-5.