En física e ingeniería eléctrica , la respuesta dieléctrica universal , o UDR , se refiere al comportamiento emergente observado de las propiedades dieléctricas exhibidas por diversos sistemas de estado sólido. En particular, esta respuesta ampliamente observada implica el escalado de la ley de potencia de las propiedades dieléctricas con frecuencia en condiciones de corriente alterna, CA. Definido por primera vez en un artículo histórico de AK Jonscher en Nature publicado en 1977, [1]los orígenes de la UDR se atribuyeron al predominio de las interacciones de muchos cuerpos en los sistemas y su equivalencia de red RC análoga. [2]
La respuesta dieléctrica universal se manifiesta en la variación de la conductividad de CA con la frecuencia y se observa con mayor frecuencia en sistemas complejos que constan de múltiples fases de materiales similares o diferentes. [3] Estos sistemas, que pueden denominarse materiales heterogéneos o compuestos, pueden describirse desde una perspectiva dieléctrica como una gran red que consta de elementos de resistencia y condensador, también conocida como red RC . [4] A bajas y altas frecuencias, la respuesta dieléctrica de materiales heterogéneos se rige por vías de percolación. Si un material heterogéneo está representado por una red en la que más del 50% de los elementos son condensadores, se producirá la percolación a través de los elementos condensadores. Esta percolación da como resultado una conductividad a altas y bajas frecuencias que es directamente proporcional a la frecuencia. Por el contrario, si la fracción de los elementos del condensador en la red RC representativa (P c ) es inferior a 0,5, el comportamiento dieléctrico en regímenes de baja y alta frecuencia es independiente de la frecuencia. A frecuencias intermedias, una gama muy amplia de materiales heterogéneos muestran una región emergente bien definida, en la que se observa la correlación de la ley de potencia entre la admitancia y la frecuencia. La región emergente de la ley de potencias es la característica clave de la UDR. En materiales o sistemas que exhiben UDR, la respuesta dieléctrica general de alta a baja frecuencia es simétrica, y se centra en el punto medio de la región emergente, lo que ocurre en redes RC equivalentes a una frecuencia de:. En la región emergente de la ley de potencias, la admisión del sistema general sigue la proporcionalidad de la ley de potencias general., donde el exponente de la ley de potencia α puede aproximarse a la fracción de capacitores en la red RC equivalente del sistema α≅P c . [5]
Importancia de la UDR
La escala de la ley de potencia de las propiedades dieléctricas con frecuencia es valiosa para interpretar los datos de la espectroscopia de impedancia hacia la caracterización de las respuestas en materiales ferroeléctricos y multiferroicos emergentes . [6] [7]
Referencias
- ^ Jonscher, Andrew K. (1977). "La respuesta dieléctrica 'universal'". Naturaleza . 267 (5613): 673. Bibcode : 1977Natur.267..673J . doi : 10.1038 / 267673a0 . S2CID 4179723 .
- ^ Jonscher, Andrew K. (1992). "La respuesta dieléctrica universal y su significado físico". Transacciones IEEE sobre aislamiento eléctrico . 27 (3): 407–423. doi : 10.1109 / 14.142701 . ISSN 0018-9367 .
- ^ Zhai, C; et al. (2018). "Transporte eléctrico dependiente de la tensión y su escalamiento universal en materiales granulares" . Letras de mecánica extrema . 22 : 83–88. arXiv : 1712.05938 . doi : 10.1016 / j.eml.2018.05.005 . S2CID 51912472 .
- ^ McCullen, Nicholas J. (2009). "La robustez de la propiedad de escala emergente de modelos de red aleatorios RC de materiales complejos". Revista de Física D: Física Aplicada . 42 (6): 064001. Código Bibliográfico : 2009JPhD ... 42f4001M . doi : 10.1088 / 0022-3727 / 42/6/064001 .
- ^ Zhai, C; et al. (2017). "Universalidad de la escala emergente en redes de percolación binaria aleatorias finitas" . PLOS ONE . 12 (2): e0172298. Código bibliográfico : 2017PLoSO..1272298Z . doi : 10.1371 / journal.pone.0172298 . PMC 5312937 . PMID 28207872 .
- ^ MacDonald, JR (1985). "Generalizaciones de la respuesta dieléctrica universal y un modelo general de distribución de energías de activación para sistemas dieléctricos y conductores". Revista de Física Aplicada . 58 (5): 1971. Bibcode : 1985JAP .... 58.1971M . doi : 10.1063 / 1.336004 .
- ^ Pattanayak, Samita (2014). "Generalizaciones del efecto de la sustitución de Dy sobre las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas de la cerámica BiFeO3 multiferroica". Ceramics International . 40 (6): 7983. doi : 10.1016 / j.ceramint.2013.12.148 .