Методика эксперимента

Объектом исследования в настоящей работе является монокристалл триглицинсульфата (ТГС), который имеет формулу (CH₂NH₂COOH)₃H₂SO₄. Исследование температурной зависимости спонтанной поляризации P_S (T) и коэрцитивного поляE_c (T)производится осциллографическим методом по схеме Сойера-Тауэра

Рис. 4. Схема Сойера-Тауэра.

R₁ – R₂-делитель напряжения,С_X- образецС₀– эталонная емкость.

Для получения изображения петли гистерезиса на экране осциллографа необходимо подать на горизонтально откланяющие пластины напряжение U_X, пропорциональное напряженности поля в образцеE, а на вертикально откланяющие - напряжениеU_Y, пропорциональное поляризованности образцаP. Тогда отклонение лучау(x)будет воспроизводить в некотором масштабе зависимостьP(E).

Проанализируем работу схемы. Исследуемый образец помещается между пластинами конденсатора С_X.

1. Напряжение U_Y, подводимое на вертикальные пластины снимается с эталонной емкостиC₀

(4)

Заряд эталонной емкости qравен свободному заряду, возникающему на пластинах образцаС_X:

где S_X- площадь пластины сегнетоэлектрического образца.

Из равенства (3) следует, что

Так как в сегнетоэлектриках >> 1 , т.е.E << E₀, поэтому

Тогда и, следовательно

(5)

2. Если эталонная емкость С₀достаточно велика, то напряжениеU_Yбудет значительно меньше полного напряженияU, приложенного к последовательной цепочкеС_X – С₀. Тогда практически все напряжениеUприложено к образцу. Напряженность поля в образце будет равна

где d- толщина образца. Часть напряжения, снимаемая с делителяR₁ – R₂, подается на горизонтальные пластины

(6)

Мы показали, что в нашей схеме U_X ~EиU_Y ~ P.

Отклонение луча осциллографа XиYсвязано с подаваемыми на пластины напряжениямиU_XиU_Yсоотношениями

(7)

где k_Xиk_Y- цена деления (коэффициент отклонения) каналовXиYосциллографа. Из формул (5), (6) и (7) можно получить выражения для перевода отклоненийXиYв значенияEиP:

(8)

(9)

Цены деления k_Xиk_Yизмеряются в В/дел и определяются чувствительностью каналовХиУосциллографа. ОтклоненияXиYследует также измерять в делениях сетки экрана.

Измерение рs.

Петля гистерезиса исследуемого в настоящей работе образца имеет почти прямолинейный участок b-c(рис. 3,б) поэтому величиныP_rиP_Sпрактически совпадают.

Поэтому измерение спонтанной поляризации производится по точке пересечения петли гистерезиса с осью Y. Вычисления проводятся по формуле (9) приY₀ = o-c. Для более точной оценки отрезкаo-cрекомендуется измерять двойное отклонениес-fс последующим делением на два.

Измерение E_с.

Коэрцитивное поле определяется по пересечению петли гистерезиса с осью Х:X₀ = o-d(также рекомендуем измерять удвоенное значениеd-g). Из очевидного соотношенияследует более простая формула для расчетаE_с

(10)

где - максимальное поле, подаваемое на образец,U_m- амплитуда приложенного к образцу напряженияU,Х_m- соответствующий размах петли.

Для изучения температурной зависимости P_S (t) иE_с (t)образец помещен в печь. Рядом с кристаллом находится терморезистор. Измерив его сопротивление, по градуировочному графикуR(t)можно определить температуру в печи.