Ferroelectricidad
La ferroelectricidad es una característica de ciertos materiales que tienen una polarización eléctrica espontánea que puede revertirse mediante la aplicación de un campo eléctrico externo. [1] [2] Todos los ferroeléctricos son piroeléctricos , con la propiedad adicional de que su polarización eléctrica natural es reversible. El término se usa en analogía con el ferromagnetismo , en el que un material exhibe un momento magnético permanente . El ferromagnetismo ya se conocía cuando Valasek descubrió la ferroelectricidad en 1920 en la sal de Rochelle. [3] Así, el prefijo ferro, que significa hierro, se utilizó para describir la propiedad a pesar de que la mayoría de los materiales ferroeléctricos no contienen hierro. Los materiales que son tanto ferroeléctricos como ferromagnéticos se conocen como multiferroicos .
Cuando la mayoría de los materiales están eléctricamente polarizados , la polarización inducida, P , es casi exactamente proporcional al campo eléctrico externo aplicado E ; por lo que la polarización es una función lineal. Esto se llama polarización dieléctrica lineal (ver figura). Algunos materiales, conocidos como materiales paraeléctricos , [4] muestran una polarización no lineal más mejorada (ver figura). La permitividad eléctrica , correspondiente a la pendiente de la curva de polarización, no es constante como en los dieléctricos lineales sino que es función del campo eléctrico externo.
Además de ser no lineales, los materiales ferroeléctricos muestran una polarización espontánea distinta de cero (después del arrastre , véase la figura) incluso cuando el campo aplicado E es cero. La característica distintiva de los ferroeléctricos es que la polarización espontánea puede revertirse mediante un campo eléctrico aplicado adecuadamente fuerte en la dirección opuesta; por lo tanto, la polarización depende no solo del campo eléctrico actual sino también de su historial, lo que produce un ciclo de histéresis . Se denominan ferroeléctricos por analogía con los materiales ferromagnéticos , que tienen magnetización espontánea y exhiben bucles de histéresis similares.
Por lo general, los materiales muestran ferroelectricidad solo por debajo de cierta temperatura de transición de fase, llamada temperatura de Curie ( TC) y son paraeléctricos por encima de esta temperatura: la polarización espontánea se desvanece y el cristal ferroeléctrico se transforma en el estado paraeléctrico. Muchos ferroeléctricos pierden por completo sus propiedades piroeléctricas por encima de T C , porque su fase paraeléctrica tiene una estructura cristalina centrosimétrica. [5]
La naturaleza no lineal de los materiales ferroeléctricos se puede utilizar para fabricar capacitores con capacitancia ajustable. Por lo general, un capacitor ferroeléctrico consiste simplemente en un par de electrodos intercalados en una capa de material ferroeléctrico. La permitividad de los ferroeléctricos no solo es ajustable, sino que comúnmente también es muy alta, especialmente cuando está cerca de la temperatura de transición de fase. Debido a esto, los capacitores ferroeléctricos tienen un tamaño físico pequeño en comparación con los capacitores dieléctricos (no sintonizables) de capacitancia similar.
La polarización espontánea de los materiales ferroeléctricos implica un efecto de histéresis que se puede utilizar como una función de memoria, y los condensadores ferroeléctricos se utilizan para fabricar RAM ferroeléctrica [6] para ordenadores y tarjetas RFID . En estas aplicaciones, normalmente se utilizan películas delgadas de materiales ferroeléctricos, ya que esto permite que el campo requerido para cambiar la polarización se logre con un voltaje moderado. Sin embargo, cuando se utilizan películas delgadas, se debe prestar mucha atención a las interfaces, los electrodos y la calidad de la muestra para que los dispositivos funcionen de manera confiable. [7]
