Thermodynamics and dielectric properties of the NH₄H₂PO₄ type antiferroelectrics

Within the framework of the proton model we study thermodynamic and static dielectric properties of the ADP type antiferroelectrics with taking into account the tunnelling effects of protons on hydrogen bonds. In the fourparticle cluster approximation for the short-range interactions and in the mean field approximation for the long-range interactions we calculate the free energy, entropy, and components of static dielectric susceptibility of the crystals. We also get the system of equations for the sublattice proton order parameter and an equation for the phase transition temperature. We find the values of the theory parameters for the NH₄H₂PO₄ and NH₄H₂AsO₄ crystals and get a good agreement between the theoretical results and the corresponding experimental data for the temperature dependences of the spontaneous sublattice polarization, proton specific heat, longitudinal and transverse static dielectric permittivities of the crystals.В рамках протонної моделі досліджуються термодинамічні та статичні діелектричні властивості антисегнетоелектричних кристалів типу ADP з врахуванням ефектів тунелювання протонів на водневих зв’язках. В наближенні чотиричастинкового кластера по короткосяжних і молекулярного поля по далекосяжних взаємодіях розраховано вільну енергію, ентропію, компоненти тензора статичної діелектричної сприйнятливості, отримано систему рівнянь для параметра протонного впорядкування підгратки та рівняння для температури фазового переходу. Знайдено значення параметрів теорії для кристалів NH₄H₂PO₄ та NH₄H₂ASO₄ і отримано добре узгодження результатів теоретичного розрахунку з відповідними експериментальними даними для температурних залежностей спонтанної поляризації підгратки, протонної теплоємності, поздовжньої і поперечної статичних діелектричних проникностей цих кристалів

Thermodynamics and dielectric properties of KH₂PO₄, RbH₂PO₄, KH₂AsO₄, RbH₂AsO₄ ferroelectrics

Within the proton ordering model with taking into account the short-range and long-range interactions as well as tunnelling effects, in the framework of the cluster approximation, we study the thermodynamic and static dielectric properties of the KH₂PO₄ type ferroelectrics. Theoretical results are compared with the corresponding experimental data and with the results of theoretical calculations of other sources. We show that under the proper choice of the theory parameters, a very good quantitative description of the available experimental data is obtained for the temperature dependence of spontaneous polarization, specific heat, longitudinal and transverse static dielectric permittivities, as well for the Curie-Weiss temperature and constant. Suitability of the model for the description of experimental data for the crystals KH₂PO₄, RbH₂PO₄, KH₂AsO₄, RbH₂AsO₄ without taking into account striction, fluctuations, and other effects is discussed.В рамках моделі протонного впорядкування з врахуванням короткосяжних і далекосяжних взаємодій та тунелювання протонів на водневих зв’язках досліджуються в наближенні чотиричастинкового кластера термодинамічні та статичні діелектричні властивості сегнето-електриків типу KH₂PO₄. Проведено кількісне порівняння результатів теоретичного розрахунку з відповідними експериментальними даними та з результатами розрахунків інших авторів. Показано, що при належному виборі параметрів теорії має місце дуже добрий кількісний опис наявних експериментальних даних для температурних залежностей спонтанної поляризації, теплоємності, поздовжньої і поперечної статичних діелектричних проникностей, а також для температури та константи Кюрі-Вейса. Обговорюється придатність моделі до опису кристалів KH₂PO₄, RbH₂PO₄, KH₂AsO₄, RbH₂AsO₄ без врахування стрикції, флуктуацій та інших ефектів