DE1808680A1 - Bauelement der Elektronik mit in ihrer Richtung umschaltbarer Polarisation - Google Patents

Description

• Bauelement der Elektronik mit in ihrer Richtung umschaltbarer Polarisation Die Erfindung betrifft ein Bauelement der Blektronik mit bei vorgegebenen Richtungen der ineinander durch die Wirkung eines Feldes umschaltbaren Polarisation.
• Auf dem Gebiet der flagnetik sind Bauelemente bekannt, bei denen durch die Wirkung zweier voneinander verschieden gerichteter, nicht-paralleler magnetischer Felder die magnetische Polarisation eines magnetisch-polarisierbaren, vorzugsweise magnetisch anisotropen Materials in voneinander verschiedene Richtungen umgeschaltet wird.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem obigen entsprechendes neues Bauelement anzugeben, in dem die Richtung der insbesondere elektrischen Polarisation umschaltbar veründerlich ist.
• Diese Aufgabe wird durch ein nic oben angegebenes Bauelement gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Körper aus einem polarisierbaren Material vorgesehen ist, bei dem die eine Richtung der sichlieweils einstellenden Polarisation durch eine resultierende mechanische Verzerrung infolge mechanischer Kraftwirkung auf den Körper und die andere, davon unterschiedliche dazu nicht-parallele Richtung der einzustellenden Polarisation durch ein ausreichend hohes Feld bestimmt ist.
• Insbesondere ist die Kraftwirkung erfindungsgemäß so groß gewählt, daß die Umschaltung der Polarisation aus der durch die Wirkung des Feldes bestimmten Richtung in die durch die resultierende mechanische Verzerrung allein bestimmte Richtung erst bei Anlegen eines entsprechend schwach bemessenen Gegenfeldes bewirkt wird.
• Als polarisierbares Material kommen Stoffe in Betracht, die elektrisch und/oder magnetisch polarisierbar sind und als ferroelektrische oder -magnetische tzzeichnet werden, sowie solche, die in einem entsprechenden Feld mit einer Feldstärke, wie sie hier technisch in Betracht kommt, elektrisch und/oder magnetisch polaritierbar sind, sonst aber zu den als antiferroelektrisch bzz -magnetisch bezeichneten Stoffen gehoren.
• Zu der Erfindung führten die folgenden Untersuchungen und Uberlegungen: Es ist an sich bekannt, daß mit einer mechanischen Verzerrung in piezoelektrischem Material auch eine Ausrichtung der elektrischen Polarisation, z.B. der Elementarzellen, verbunden ist. Dieser Effekt tritt dann gut erkennbar auf, wenn das Material keine zu große Koerzitivfeldstärke besitzt, die auch ein Maß für diejenige Kraftwirkung ist, die erforderlich ist, um eine durch ein elektrisches Feld erzwungene Polarisation wieder umzuklappen. Je nach Material kann die Richtung der auftretenden Polarisation, bezogen auf die resultierende Richtung der Verzerrung, unterschiedlich sein.
• Die Erfindung schlägt nun vor, in vorzugsvreise piezoelektrischen Material die eine der Richtungen der Polarisation eines wie eingangs angegebenen Bauelementes durch gerichtete mecha-.
• nische Verzerrung infolge resultierender mechanischer Kraftwirkung festzulegen.
• Unter "Kraftwirkung" ist hier nicht nur die Wirkung eines Krbftepaares in nur einer Achse zu verstehen. Insbesondere bei Druckkruften werden in manchen, gegebenenfalls auch vom jeweilig verwendeten Material abhängigen, Fällen mehrere Kräf-, tepaare in zwei vorzugsweise zueinander orthogonalen Richtungen günstiger sein, speziell damit sie eine resultierende Verzerrung des Materials in einer dazu dritten Richtung bewirken.
• Die Erfindung konbiniert zur Realisierung des oben angegebenen erfindungsgemäßen Bauelementes diesen Effekt einer mechanisch erzwungenen Ausrichtung der Polarisation mit dem Effekt der feldabhängig erzwungenen Ausrichtung.
• Insbesondere konnt hier die erzwungene Ausrichtung der elektrischen Polarisation in ctrcht. Die Erfindung bezieht sich aber auch auf ein Bauelement mit der Kombination einer nechanischen und einer feldabhängigen Ausrichtung der magnetischen Polarisation.
• Das erfindungsgemäße Bauelement mit elektrischer Polarisation hat in der Anwendung allgemein den Vorteil, daß es keine Streufelder nach augen auftreten lößt, die störend sein könnten.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung zu der Figur eines besonders bevorzugte Ausführungsbeispiels hervor.
• Mit 1 ist ein Körper bezeichnet, der aus einem für das erfindungsgemäße Beuelement geeigneten und wie schon oben näher erläuterten Material besteht. Als derartiges Material kommen insbesondere Erdalkali-Titanate, vorzugsweise in wesentlichen mit Barium, in Betracht, die gegebenenfalls mit an sich bekannt ten lementen zur Verbesserung der Polarisationseigenschaf ton substituiert bzw. dotiert sind. Anstelle der Erdalkali-Titanate sind auch entsprechende Bleizirkonat-Titanate vorteilhaft geeignet, insbesondere mit Substitution bzw. Dotierung.
• 2 und 3 sind auf dem Körper 1 angebrachte Elektroden mit den Anschlußleitungen 12 und 13. Mit den Pfeilen 4 und 5, sowie 14 und 15 angedeutete Kräftpaare bewirken bei hier angenommenen homogenem Material eine Längenvergrößerung des körpers 1 parallel zu der durch 6 angedeuteten, zu 4 und in jeweils senkrechten Richtung. Die durch die resultierende Kraftwirkung festgelegte Ausrichtung der Polarisation des Körpers kann erfindungsgemäß durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 2 und 3, d.h. durch Ausbildung eines elektrischen Feldes im Körper 1 verendert werden. Die bei einem Feld ausreichender Feldstärke eintretende Ausrichtung ist abhGngig von der Feldrichtung und dieser wenigstens im wesentlichen parallel gerichtet.
• Abhängig von der Größe der schon erwähnten Koerzitivfeldstitrke des I:aterials wird die durch das elektrische Feld erzwungene Polarisationrichtung nach dein Ausschalten des Feldes wenigstens bei nicht zu hohen mechanischen Kraftwirkungen erst durch Anlegen eines, wenn auch nur geringen Gegenfeldes, in die verzerrungsinduzierte Polarisationsrichtung übergehen.
• Normalerweise sind bei Materialien mit parallel- oder antiparallelausgerichteten Polarisationen die einzelnen Größen des Tensors der Dielektrizitätskonstanten bzw. des Brechungsindexes unterschiedlich groß. Diese Sigenschaft laßt sich bei dem erfindungsgemäßen Bauelement technisch dahingehend ausnutzen, daß durch zur Kraftwirkung zusätzliches Ein- und Ausschalten einer elektrischen Spannung, d.h. durch die damit verbundenen Richtungsänderungen der Polarisation der Elementarbereiche, die jeweils wirksam werdende Größe der Dielektrizitätskonstanten bzw. des Brechungsindexes gesteuert wird.
• in wie erfindungsgemäßes Bauelement eignet sich für vorzugsweise ferroelektrische Speicher, und zwar speziell zum zerstörungsfreien Abfragen der gespeicherten Information. Auch für elektrische und/oder magnetische und/oder optische Schalt-oder Modulationszwecke lassen sich Bauelemente gemäß der Erfindung vorteilhaft verwenden. Gerade für derartige Anwendungen ist es nämlich umwesentlich. daß die mechanisch bewirkte Ausrichtung der Polarisation nicht in jedem Falle und überall auch einheitliches Vorzeichen hat. Die wirksam wervende z.B.
• optische Anisotropie ist nämlich im wesentlichen davon unabhängig, ob neben parallelen auch antiparallele Ausrichtungen der Polarisation der Elementarbereiche und-oder in den Elementarbereichen vorliegt.
• In der Figur ist zusätzlih mit 21 ein gebündelter nicht strahl angedeutet, der durch das dargestellte, der Erfindung genaße Bauelement hindurchtritt. Durch erfindungsgemäße Umschaltung des für 21 wirksam werdenden Brechungsindexes erfährt die hindurchtretende Strahlung eine Veränderung ihrer Phasengeschwindigkeit und gegebenenfalls auch eine Doppelbrechung mit einer daraus resultierenden Beeinflussung, die auch noch von zusätzlichen Betriebsbedingungen abhängt. Ist der Körper 1 z.B. keilförmig ausgebildet und tritt die Strahlung in nicht-senkrechtem Winkel aus, so erfahrt sie dabei eine Umschaltung ihres Aus trittswinkels.
• Cemllß einer anderen besonders bevorzugten Anwendung wird ein Bauelement nach der Erfindung zusammen mit einem nachgeschalteten Analysator und soweit notwendig mit einem davor geschalteten Polarisator betrieben. Die in dem erfindungsgemäßen Bauelement auftretende, stcuerbare Doppelbrechung für hindurchtretende Strahlung (z.B. 21) kann nach an sich bekannten Prinzip vorteilhaft zur Intensitätssteuerung dieser Strahlung ausgenutzt erden.
• 1 Figur 13 Patentansprüche

Claims (13)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Bauelement der Elektronik mit zwei vorgegebenen Richtungen der incinander durch oie Wirkung eines Feldes umschaltbaren Polarisation, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus einem polarisierbarem Material vorgesehen ist, bei dem die eine Richtung der sich jeweils einatellenden Polarisation durch eine resultierende mechanische Verzerrung infolge mechanischer Kraftwirkung auf den Körper und die andere, davon unterschiedliche Richtung der einzustellenden Polarisation durch ein ausreichend hohes Feld bestimmt ist.
2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Polarisation umgeschaltet wird.
3. 3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Körpers einander gegenüberstehende Elektroden zum Anschluß einer zur Erzeugung des elektrischen Feldes ausreichend hohen elektrischen Spannung angebracht sind.
4. 4. Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwirkung so groß gewählt ist, daß die dadurch die Wirkung des Feldes eingestellte Polarisation bei Abwesenheit dieses Feldes erst durch ein Gegenfeld, das jedoch entsprechend schwach bemessen ist, in dac durch die mechanische Wreftvlirkung bestimmte Richtung umschaltet.
5. 5. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körner aus piezoelektrischem Material vorgesehen ist, in dem die elektrische Polarisation umgeschaltet wird.
6. 6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekcnnzeichnet, daß das Material ein gegebenenfalls substituiertes bzvr. dotiertes Erdalkali-Titanat ist.
7. 7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkali-Titanat in wesentlichen ein Barium-Titanat ist.
8. 8. Bauelement nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Blei-Zirkonat-Titanat ist.
9. 9. Anwendung eines Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Schalter oder Umschalter für elektromagnetische, insbesondere optische Strahlung.
10. 10. Ärnvendung eines Bauelementes nach einen der Ansprüche 1 bis 8 für ein Speicherelement in einem vorzugsweise ferroelektrischen Speicher.
11. 11. hinwendung eines Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zun zerstrungsfreien Abfragen einer in dem Bauelement gespeicherten Information.
12. 12. Anwendung eines Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur steuerbaren Ablenkung hindurchtretender Strahlung.
13. 13. !nwendung eines Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Intensitätssteuerung hindurchtretender Strahlung.

    L e e r s e i t e