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 al ferromagnetismo , en el que un material exhibe un momento magnético permanente . El ferromagnetismo ya era conocido 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 ferroeléctricos y ferromagnéticos se conocen como multiferroicos .
Cuando la mayoría de los materiales están polarizados eléctricamente , la polarización inducida, P , es casi exactamente proporcional al campo eléctrico externo aplicado E ; entonces 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 demuestran una polarización espontánea distinta de cero (después del arrastre , ver figura) incluso cuando el campo E aplicado es cero. La característica distintiva de los ferroeléctricos es que la polarización espontánea se puede invertir 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 historia, lo que produce un bucle de histéresis . Se les llama ferroeléctricos por analogía a los materiales ferromagnéticos , que tienen magnetización espontánea y exhiben bucles de histéresis similares.
Por lo general, los materiales demuestran ferroelectricidad solo por debajo de una cierta temperatura de transición de fase, llamada temperatura de Curie ( T C ) y son paraeléctricos por encima de esta temperatura: la polarización espontánea desaparece y el cristal ferroeléctrico se transforma en el estado paraeléctrico. Muchos ferroeléctricos pierden completamente sus propiedades piroeléctricas por encima de la 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 condensadores con capacitancia ajustable. Normalmente, un condensador ferroeléctrico consiste simplemente en un par de electrodos que intercalan 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 son pequeños en tamaño físico en comparación con los capacitores dieléctricos (no sintonizables) de capacitancia similar.
La polarización espontánea de los materiales ferroeléctricos implica un efecto de histéresis que puede utilizarse como función de memoria, y los condensadores ferroeléctricos se utilizan de hecho para fabricar RAM ferroeléctricas [6] para ordenadores y tarjetas RFID . En estas aplicaciones se utilizan típicamente 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]
