FERRO-ÉLECTRICITÉ

5.  Théories de la ferro-électricité

La théorie thermodynamique de Devonshire, dérivée de la théorie générale de Landau, explique, au moins qualitativement, l'essentiel des propriétés décrites ci-dessus. Pour cela on admet que l'état du matériau peut être défini par une fonction énergie libre F qui a la même expression dans les différentes phases ferro-électrique et para-électrique, et qui peut être développée en série de puissances de la polarisation.

Par exemple, si l'on prend pour F une expression du type suivant :

où B et C sont indépendants de la température, on peut rendre compte des propriétés des transitions du deuxième ordre (par exemple TGS) : l'application des méthodes classiques de la thermodynamique permet de retrouver la loi de Curie, les variations de la permittivité et de la polarisation spontanée en fonction de la température. L'introduction de terme en P⁶ dans F permet de traiter le cas des transitions du premier ordre.

La théorie des transitions ferro-électriques est maintenant englobée dans les théories générales des transitions de phases où la méthode du groupe de renormalisation permet de préciser les propriétés d'universalité et de criticalité.

La théorie de Cochran est un modèle microscopique de la ferro-électricité qui suppose que certaines vibrations du réseau cristallin du mode optique (appelées mode ferro-électrique) se font à fréquence très basse, ce qui autorise un couplage avec les vibrations du mode acoustique et assure l'effet coopératif entre mailles polarisées voisines ; celles-ci s'orientent alors toutes dans le même sens pour former un domaine ferro-électrique.

D'autres théories permettent désormais de rendre compte non seulement de l'existence des phases ferro-électrique et para-électrique mais aussi d'une phase dite « incommensurable » qui apparaît entre les deux précédentes dans un certain nombre de matériaux (thiourée, Rb₂ZnCl₄, NO₂Na...).

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