Сегнетоэлектрики – это диэлектрики, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой меняется от внешних воздейст­вий. Кроме сегнетоэлектриков, различают кристаллические вещества с антипараллельно ориентированными электрическими моментами смещенных ионов или дипольных групп – антисегнетоэлектрики (ср. ферромагнетики и антиферромагнетики). Структуру антисегнетоэлектрика можно представить как совокупность двух или более вставленных друг в друга подрешеток, в каждой из которых дипольные моменты направлены параллельно друг другу, а у подре­шеток – антипараллельно, так что результирующий момент оказыва­ется скомпенсированным и равным нулю. К антисегнетоэлектрикам относятся, например, нитрат калия (КNO₃), нитрит натрия (NaNO₂), тиомочевина (СSN₂Н₄), тригидроселенит лития (LiH₃(SeO₃)₂) и др.

По характеру химической связи, механизму фазового перехода и совокупности физических свойств сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики можно разделить на две группы:

· к первой группе отно­сятся кристаллы, в которых существуют постоянные электрические диполи или дипольные группы, образованные атомами, связанными преимущественно ковалентными связями. В пароэлектрическом со­стоянии в расположении диполей отсутствует дальний порядок, а в сегнетоэлектрическом – диполи упорядочиваются. Такой фазовый переход из сегнето- в параэлектрическое состояние является пере­ходом типа порядок-беспорядок и наблюдается, например, у сегнетовой соли, дигидрофосфата калия, нитрита натрия, нитрата калия и др.;

· ко второй группе относятся кристаллы с преимущественно ионной связью, не содержащие атомных групп, обладающих посто­янным дипольным моментом. В этом случае фазовый переход из пара- в сегнетоэлектрическое состояние происходит в результате смещения ионов в иное положение, приводящее к возникновению спонтанной поляризации, и является переходом типа смещения. Такие сегнетоэлектрики называют ионными, их классические пред­ставители: титанаты бария, свинца, кадмия; калий-титанилфосфат; ниобаты калия, лития и др. Существуют также сегнетоэлектрики с фазовыми пе­реходами смешанного типа.

В общем случае сегнетоэлектрикам присущи следующие свойства:

· высокое значение диэлектрической проницаемости (ε);

· крутая зависимость ε(Т) с аномально большим (одним или несколькими) максимумом при определенной температуре, на­зываемой точкой Кюри;

· резкая зависимость ε от напряженности электрического поля;

· наличие диэлектрического гистерезиса, т.е. отста­вание во времени поляризации от приложенного напряжения;

· резко выраженная зависимость ε и диэлектрических потерь от частоты, особенно в области сверхвысоких частот;

· резкое изменение в определенном интервале температур при фазовом превращении: теплоемкости (с_р), термического коэффициента линейного расширения (α), модуля упругости (Е) и т.д.;

· возникновение спонтанных деформаций и понижение симмет­рии кристаллической решетки при температуре ниже температуры фазового перехода.

Сегнетоэлектрические фазовые превращения могут относиться к фазовым превращениям как 2-го рода, когда резко меняются ε, с_р, α, Е, пьезомодуль и т.д., так и 1-го рода, когда помимо резкого изменения указанных величин, испытывают скачок спонтанная поляризация, энтропия и выделяется скрытая теплота перехода.

Существует также группа несобственных (виртуальных) сегнетоэлектриков. Они имеют большую, растущую при понижении температуры диэлектрическую проницаемость, но остаются параэлектриками вплоть до абсолютного нуля. Эти вещества переходят в сегнетоэлектрическое состояние только при каком-либо внешнем воздействии – приложении электрического поля, механического давления, при введении примесей, образовании дефектов или нарушениях структуры кристаллической решетки. К таким веществам отно­сятся квантовые сегнетоэлектрики: титанат стронция и танталат калия.

Применение сегнетоэлектриков достаточно широко. Их высокая диэлектрическая проницаемость используется для создания:

· электри­ческих конденсаторов из сегнетокерамики с размытым фазовым пере­ходом;

· сегнетополупроводниковых конденсаторов с барьерным слоем;

· СВЧ-подложек, резонаторов, конденсаторов из термостабильных вы­сокодобротных диэлектриков.

Возможность изменения знака спонтан­ной поляризации применяется: в переключающих устройствах на ос­нове моно- и поликристаллических диэлектриков с прямоугольной петлей гистерезиса; в гетероструктурах сегнетоэлектрик–люминофор, сегнетоэлектрик–фотопроводник, сегнетоэлектрик–полупроводник.

Температурное изменение диэлектрической проницаемости и электро­проводности в окрестности фазового перехода позволяет создавать:

· элементы термоизмерения и термоконтроля;

· термокомпенсирующие элементы;

· позисторы (терморезисторы с большим положительным температурным коэффициентом электросопротивления).

Нели­нейная зависимость диэлектрической проницаемости от напряженно­сти поля используется для конструирования варикондов с эффектив­ной или реверсивной нелинейностью, нелинейных ВЧ- и СВЧ-элементов. Нелинейная зависимость коэффициента преломления применяется, например, для преобразования частоты излучения лазеров. Таким образом, сегнетоэлектри­ки находят широкое применение в электронике, оптоэлектронике и лазерной технике.