Co jsou ferroelektrické materiály?
Ferroelektrické materiály jsou materiály, které mají přirozenou polarizaci náboje, kterou lze zvrátit vnějším elektrickým polem, známým jako proces přepínání. Vlastnost ferroelektrické energie je známá od roku 1921 a od roku 2011 bylo prokázáno, že tyto vlastnosti vykazuje více než 250 sloučenin. Výzkum se zaměřil na titaničitan olovnatý, PbTiO 3 a příbuzné sloučeniny. Z ferroelektrických materiálů studovaných od roku 2011 se ukázalo, že se jedná o piezoelektrické materiály. To znamená, že pokud se na takové sloučeniny aplikuje mechanický tlak nebo jiné formy energetického stresu ze zvukové nebo světelné energie, budou generovat elektřinu.
Aplikace ferroelektrické energie pokrývají široké spektrum elektronických zařízení, od komponent obvodu, jako jsou kondenzátory a termistory, až po zařízení s elektrooptikou nebo ultrazvukem. Jedním z nejvíce aktivně zkoumaných arén pro ferroelektrické materiály je paměť počítače. Při konstrukci materiálů v nanometrovém měřítku vznikají tzv. Vírové nanodomény, které pro přepnutí polarizace nevyžadují elektrické pole. Několik státních univerzitních systémů ve Spojených státech amerických spolupracujících do roku 2011 s Lawrence Berkeley National Laboratory zdokonaluje materiál, který by vyžadoval mnohem méně elektrické energie než tradiční magnetické počítačové disky. Jednalo by se také o solidní formu datové paměti, která funguje mnohem rychleji as větší úložnou kapacitou než flash paměť, která je v současné době na trhu, s možností jednoho dne ukládat celé operační systémy a software, což výrazně zrychluje spouštění a zpracování počítače větší.
Ferroelektrický efekt čerpá své jméno z feromagnetismu, který popisuje permanentní magnetické materiály na bázi železa, které se vyskytují v přírodě. Toto je však trochu nesprávné pojmenování, protože většina ferroelektrických materiálů není založena na železe prvku. Soli kyseliny titanové, které jsou odvozeny od oxidu titaničitého, tvoří mnoho z hlavních zkoumaných ferroelektrických materiálů. Mezi ně patří titaničitan barnatý, BaTi03, titaničitan zirkoničitý, PZT nebo příbuzné sloučeniny, jako je dusičnan sodný, NaNO2.
PZT je od roku 2011 nejrozšířenějším ferroelektrickým materiálem v průmyslu. Jedná se o hybridní materiál mezi ferroelektrickým olovnatým titaničitanem a anti-ferroelektrickým olovnatým zirkoničitanem, který umožňuje vzorce, které mají být konstruovány blíže k jednomu nebo druhým koncům ferroelektrického nebo anti-ferroelektrické spektrum. Protože PZT může být naladěn na jeho citlivost na mechanická, zvuková nebo elektrická pole a protože se jedná o keramický materiál snadno tvarovatelný, tvarovaný a řezaný, je často používán pro pasivní senzory a vysílače ve vysoce specifických frekvencích.