CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu sắt điện và tính chất của vật liệu sắt điện
1.1.5. Chu trình điện trễ
Đặc trưng quan trọng nhất của vật liệu sắt điện là tính chất phi tuyến trong mối quan hệ giữa phân cực P và điện trường ngoài E. Dưới tác dụng của điện trường ngoài xảy ra sự đảo chiều của véctơ phân cực. Quá trình quay vách domain trong vật liệu sắt điện hình thành chu trình điện trễ (hình 1.10). Chu trình điện trễ có thể quan sát bằng thực nghiệm qua việc sử dụng mạch Sawyer – Tower [58].
Hình 1.8 biểu diễn đường cong điện trễ thực tế được đo trên màng Pb(Zr0,45Ti0,55)O3
được chế tạo bằng phương pháp sol-gel với chiều dày màng khoảng 1,3 μm theo hướng (111). Vòng tròn với các mũi tên đại diện cho trạng thái phân cực của vật liệu trong điện trường. Khi điện trường xoay chiều nhỏ, hệ số phân cực tăng tuyến tính với cường độ điện trường (đoạn AB). Trong vùng này, điện trường không đủ mạnh để quay các domain với véctơ phân cực không thuận theo điện trường. Khi điện trường tăng, hệ số phân cực của domain có véctơ phân cực không thuận sẽ bắt đầu quay theo hướng của điện trường, kéo theo sự tăng nhanh về mật độ điện tích bề mặt (đoạn BC). Hệ số phân cực trong vùng này có tính phi tuyến mạnh. Khi tất cả các domain được sắp xếp theo điện trường (tại điểm C) đặc trưng sắt điện lại thể hiện tuyến tính (đoạn CD). Nếu cường độ điện trường bắt đầu giảm, một số domain sẽ quay lại trạng thái ban đầu, nhưng khi điện trường bằng 0 thì hệ số phân cực lại khác 0 (điểm E). Để đạt trạng thái có hệ số phân cực bằng 0 điện trường phải được đảo chiều (điểm F). Nếu tiếp tục tăng điện trường theo chiều âm sẽ gây ra sự lưỡng cực điện và đạt trạng thái bão hòa mới (điểm G). Sau đó điện trường giảm về 0 và đổi chiều để hoàn thành một chu trình. Giá trị hệ số phân cực tại điện trường 0 (điểm E) được gọi là hệ số phân cực dư, Pr. Điện trường cần thiết để hệ số phân cực trở về 0 được gọi là trường
điện kháng, EC. Hệ số phân cực tự phát PS thường được lấy là điểm giao nhau của trục hệ
số phân cực với đoạn tuyến tính ngoại suy CD [12]. Nếu một điện trường thấp được đặt vào trong một khoảng thời gian dài (hoặc rất dài) thì toàn bộ véctơ phân cực sẽ quay.
Chu trình điện trễ lý tưởng có tính đối xứng, do đó + EC = - EC và + Pr = - Pr. Trường
điện kháng, hệ số phân cực tự phát, hệ số phân cực dư và hình dạng của chu trình điện trễ có thể chịu ảnh hưởng bởi một số yếu tố bao gồm bề dày của màng, sự hiện diện của các khuyết tật mang điện, ứng suất cơ học, điều kiện chế tạo và quá trình xử lý nhiệt [2, 4].