Введение

Известно много диэлектрических материалов, которые обладают электрической поляризацией при отсутствии внешнего электрического поля. Такие материалы называют пироэлектриками. Пироэлектрики можно выделить из огромной массы обычных диэлектриков по симметрийному признаку: их симметрия должна быть достаточно низкой, чтобы в кристалле осталось хотя бы одно направление, которое не меняет знака под действием этих элементов.

Наличие полярной оси в кристалле находит свое отражение как в его габитусе, так и в определенной асимметрии в расположении атомов (ионов) в кристаллической решетке — несовпадении центров тяжести положительных и отрицательных зарядов в элементарной ячейке [1]. Существование такой спонтанной (самопроизвольной) электрической поляризации приводит к появлению связанного электрического поверхностного заряда на гранях кристалла и обусловленного ими электрического поля. Это отличает пироэлектрики от обычных диэлектриков, которые могут приобретать поляриза­цию только во внешнем электрическом поле. Поэтому имеются основания назвать пироэлектрик активным диэлектриком, генерирующим собствен­ное электрическое поле, для которого

, (1)

где Р₀ — вектор спонтанной поляризации, второе слагаемое — поляризация, индуцированная внеш­ним полем Е (χ — диэлектрическая восприимчи­вость).

Отметим, что в термине "пироэлектрик" приставка "пиро-" происходит от греческого слова, означающего "огонь", соответственно термин может быть расшифрован как "электризующийся огнем". Основное физическое явление, характерное для пироэлектриков, — это способность кристалла изменять свою спонтанную поляризацию при изменении температуры, в линейном приближении ∆Р = — γ∆Т, где γ— пироэлектрический коэффициент.

Термодинамический анализ пироэлектрического эффекта показал, что кристалл-пироэлектрик непременно обладает еще одним интересным свойством: его температура обратимо изменяется при наложении внешнего электрического поля. Этот эффект называется электрокалорическим, и его величина также определяется пироэлектрическим коэффициентом:

где С - теплоемкость кристалла, Е - напряженность электрического поля.

Новейшая история пироэлектричества связана с обнаружением новых материалов, обладающих огромными значениями пироэлектрического коэффициента, и созданием на их основе нового поколения детекторов излучений, имеющих существенные преимущества перед существующими типами сенсорных устройств. В настоящее время пироэлектрическое материаловедение переживает своеобразный ренессанс, знаменующий новый этап в развитии этой области физики диэлектриков.