Hvad er ferroelektriske materialer?

Ferroelektriske materialer er materialer, der besidder en naturlig ladningspolarisation, der kan vendes ved et eksternt elektrisk felt, kendt som omskiftningsprocessen. Ferroelektricitetens egenskab har været kendt siden 1921, og pr. 2011 har over 250 forbindelser vist sig at have sådanne karakteristika. Forskningen har fokuseret på blytitanat, PbTiO ₃ og beslægtede forbindelser. Af de ferroelektriske materialer, der blev undersøgt fra 2011, har alle vist sig at være piezoelektriske materialer. Dette betyder, at hvis mekanisk tryk eller andre former for energisk spænding fra lyd eller lysenergi påføres sådanne forbindelser, vil de generere elektricitet.

Ferroelektricitetens anvendelser spænder over et bredt spektrum af elektronikapparater, fra kredsløbskomponenter som kondensatorer og termistorer til enheder med elektrooptik eller ultralydfunktioner. En af de mest aktivt undersøgte arenaer for ferroelektriske materialer er computerhukommelsen. Konstruktion af materialerne i en nanometer skala producerer såkaldte vortex nanodomæner, der ikke kræver et elektrisk felt for at skifte polarisering. Flere statslige universitetssystemer i De Forenede Stater, der arbejder sammen gennem 2011 med Lawrence Berkeley National Laboratory, gør materialet perfekt, hvilket ville kræve meget mindre elektrisk energi end traditionelle magnetiske computerdrev. Det ville også være en solid tilstand af datahukommelse, der fungerer meget hurtigere og med større lagerkapacitet end den flashhukommelse, der i øjeblikket findes på markedet, med potentialet til en dag at gemme hele operativsystemer og software, hvilket gør computerens opstart og behandlingshastigheder meget større.

Den ferroelektriske virkning trækker sit navn fra ferromagnetisme, der beskriver permanente magnetiske materialer baseret på jern, der findes i naturen. Dette er dog en smule en fejlnummer, da de fleste ferroelektriske materialer ikke er baseret på elementjernet. Salte af titansyre, der er afledt af titandioxid, udgør mange af de vigtigste ferroelektriske materialer, der er undersøgt. Disse inkluderer bariumtitanat, BaTiO3, blyzirconat-titanat, PZT eller beslægtede forbindelser såsom natriumnitrat, NaN02.

PZT er det mest anvendte ferroelektriske materiale i industrien fra 2011. Det er et hybridmateriale mellem ferroelektrisk blytitanat og anti-ferroelektrisk blyzirkonat, som tillader formler for materialet at konstrueres tættere på den ene eller den anden ende af det ferroelektriske eller anti-ferroelektrisk spektrum. Da PZT kan indstilles på grund af dens følsomhed over for mekaniske, lyd- eller elektriske felter, og da det er et keramisk materiale, der let formes, formes og klippes, bruges det ofte til passive sensorer og sendere i meget specifikke frekvenser.