Квантовая теория пьезоэлектрического эффекта в редкоземельных ферроборатах

Развита квантовая теория пьезоэлектрического эффекта в редкоземельных ферроборатах. Установлено, что за возникновение эффекта отвечают преимущественно одноионные механизмы: при наличии механических напряжений в кристалле индуцируются дипольные электрические моменты непосредственно в электронных 4f-оболочках редкоземельных ионов, что приводит к поляризации кристалла. Количественно эффект рассмотрен на примере ферроборатов неодима и самария, в частности, в интервале от 0 до 300 К получены температурные зависимости пьезоэлектрических модулей. Дополнительно показано, что при температурах ниже точки Нееля при деформации кристалла в магнитном поле также возможно возникновение поляризованности кристалла вдоль кристаллографической оси с. Рассчитаны температурные, полевые и ориентационные зависимости магнитоиндуцированных пьезомодулей. Ключевые слова: пьезоэлектрический эффект, ферробораты, редкоземельные ионы, кристаллическое поле.

Quantum theory of piezoelectric effect in rare-earth ferroborates has been developed. It was found that single-ion mechanisms are predominantly responsible for the effect: electric dipole moments are induced directly in the electronic 4f shells of rare-earth ions in the presence of mechanical stresses in a crystal, which leads to the polarization of the crystal. The effect is quantitatively considered using the example of neodymium and samarium ferroborates, in particular, in the temperature range from 0 K to 300 K, the temperature dependences of piezoelectric modules are obtained. It is additionally shown that it is also possible for the crystal to become polarized along the crystallographic c-axis at the temperatures below the Néel point upon deformation of the crystal in a magnetic field. The temperature, field and orientation dependences of magnetically induced piezomodules are calculated.