強誘電性

Electromagnetic phenomenon

強弾性とは、物質が自発的にひずみを示す現象であり、強誘電性や強磁性の力学的等価物である。強弾性結晶は、機械的応力や電場が存在しない状態で2つ以上の安定した配向状態（すなわち残留磁化状態）を持ち、ある臨界値を超える応力または電場を印加することで、これらの状態間を再現性よく切り替えることができる。逆向きの電場を印加すると、系がエネルギー障壁を横切る際にヒステリシスが生じる。この遷移は、ヒステリシスループで囲まれた面積に等しいエネルギーを消費する。^[1]

結晶の母構造が安定した強弾性ひずみのいずれかに遷移すると、通常、結晶の対称性が低下します。^[2]ひずみと結晶構造の自発的な変化は、複屈折、光吸収、分極率などの他の観測可能な特性の自発的な変化と関連している可能性があります。^[3]^[4]適合する材料では、ラマン分光法を使用して結晶の強弾性スイッチングを直接画像化しています。^[5]

ランダウ理論は、ほぼすべての強弾性相転移が2次の転移であることから、ひずみを秩序パラメータとして用いることで、多くの強弾性相転移を正確に記述するために用いられてきた。自由エネルギーは、ひずみの偶数乗の展開として定式化される。

形状記憶効果と超弾性は、強弾性の現れです。一般的な強弾性合金であるニチノール（ニッケルチタン）は、ニッケルとチタンの比率に応じて、室温で超弾性または形状記憶効果のいずれかを示します。

変革強化における役割

強弾性転移はセラミックスの強化に利用することができ、最も顕著な例はジルコニアです。正方晶ジルコニアを伝播する亀裂は余分な空間を開き、亀裂周辺の領域が単斜晶相に転移して3～4%ほど膨張します。^[6]この膨張により亀裂先端の前方に圧縮応力が生じ、亀裂をさらに伝播させるために余分な作業が必要になります。^[7]

参照

さらに読む

Salje, EKH (2012). 「強弾性材料」. Annual Review of Materials Research . 42 : 265–283 . Bibcode :2012AnRMS..42..265S. doi :10.1146/annurev-matsci-070511-155022.

参考文献

^ Banerjee, Rajat; Manna, Indranil (2013).セラミックナノ複合材料. Woodhead Publishing Series in Compositors Science and Engineering. Oxford: Woodhead publ. ISBN 978-0-85709-338-7。
^ Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). 「強誘電相転移：構造と微細構造」. Acta Crystallographica Section A. 61 ( 1): 3– 18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.
^ Wood, IG (1984-07-30). 「10KからT c までの間の強誘電性BiVO 4 およびLaNBO 4 の自発複屈折」 . Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539– L543. doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.
^ ヒル、クリスティーナ;ウェーバー、マッツ C.リーマン、ジャニス。ライネン、タリク。フィービッヒ、マンフレッド。クライゼル、イェンス。グエンヌー、マエル (2020-08-01)。「BiVO4 の光吸収における強弾性ひずみの役割」。APLマテリアル。8 (8)。arXiv : 2004.10183。土井：10.1063/5.0011507。ISSN 2166-532X。
^ Schubert, Amanda B.; Wellman, Richard; Nicholls, John; Gentleman, Molly M. (2016年3月). 「EB-PVD遮熱コーティングにおける侵食誘起強誘電性の直接観察」 . Journal of Materials Science . 51 (6): 3136– 3145. Bibcode :2016JMatS..51.3136S. doi :10.1007/s10853-015-9623-7. ISSN 0022-2461.
^ ジマック、イレーナ;チョリッチ、ダンコ。マンディッチ、ビルコ。チュルコビッチ、リディヤ（2019-12-26）。「スリップキャストアルミナおよびアルミナジルコニアセラミックの硬さと押し込み破壊靱性」。材料。13 (1): 122。ビブコード:2019Mate...13..122Z。土井：10.3390/ma13010122。ISSN 1996-1944。PMC 6981786。PMID 31888013。
^ Jiang, Wentao; Lu, Hao; Chen, Jinghong; Liu, Xuemei; Liu, Chao; Song, Xiaoyan (2021-04-01). 「ジルコニアの相転移による超硬合金の強靭化」. Materials & Design . 202 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.

[1] Banerjee, Rajat; Manna, Indranil (2013).セラミックナノ複合材料. Woodhead Publishing Series in Compositors Science and Engineering. Oxford: Woodhead publ. ISBN 978-0-85709-338-7。

[2] Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). 「強誘電相転移：構造と微細構造」. Acta Crystallographica Section A. 61 ( 1): 3– 18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673. PMID 15613749.

[3] Wood, IG (1984-07-30). 「10KからT c までの間の強誘電性BiVO 4 およびLaNBO 4 の自発複屈折」 . Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539– L543. doi :10.1088/0022-3719/17/21/003. ISSN 0022-3719.

[4] ヒル、クリスティーナ;ウェーバー、マッツ C.リーマン、ジャニス。ライネン、タリク。フィービッヒ、マンフレッド。クライゼル、イェンス。グエンヌー、マエル (2020-08-01)。「BiVO4 の光吸収における強弾性ひずみの役割」。APLマテリアル。8 (8)。arXiv : 2004.10183。土井：10.1063/5.0011507。ISSN 2166-532X。

[5] Schubert, Amanda B.; Wellman, Richard; Nicholls, John; Gentleman, Molly M. (2016年3月). 「EB-PVD遮熱コーティングにおける侵食誘起強誘電性の直接観察」 . Journal of Materials Science . 51 (6): 3136– 3145. Bibcode :2016JMatS..51.3136S. doi :10.1007/s10853-015-9623-7. ISSN 0022-2461.

[6] ジマック、イレーナ;チョリッチ、ダンコ。マンディッチ、ビルコ。チュルコビッチ、リディヤ（2019-12-26）。「スリップキャストアルミナおよびアルミナジルコニアセラミックの硬さと押し込み破壊靱性」。材料。13 (1): 122。ビブコード:2019Mate...13..122Z。土井：10.3390/ma13010122。ISSN 1996-1944。PMC 6981786。PMID 31888013。

[7] Jiang, Wentao; Lu, Hao; Chen, Jinghong; Liu, Xuemei; Liu, Chao; Song, Xiaoyan (2021-04-01). 「ジルコニアの相転移による超硬合金の強靭化」. Materials & Design . 202 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275.