Que sont les matériaux ferroélectriques?
Les matériaux ferroélectriques sont des matériaux possédant une polarisation de charge naturelle pouvant être inversée par un champ électrique externe, appelé processus de commutation. La propriété de la ferroélectricité est connue depuis 1921 et, à partir de 2011, plus de 250 composés présentaient de telles caractéristiques. La recherche s'est concentrée sur le titanate de plomb, le PbTiO 3 et les composés apparentés. Parmi les matériaux ferroélectriques étudiés en 2011, tous se sont révélés être des matériaux piézoélectriques. Cela signifie que si de tels composés sont soumis à une pression mécanique ou à d'autres formes de contraintes énergétiques dues à l'énergie audio ou lumineuse, ils généreront de l'électricité.
Les applications de la ferroélectricité couvrent un large éventail de dispositifs électroniques, allant des composants de circuit tels que les condensateurs et les thermistances aux dispositifs dotés de fonctions électro-optiques ou à ultrasons. L'un des domaines les plus recherchés pour les matériaux ferroélectriques est celui de la mémoire informatique. L'ingénierie des matériaux à l'échelle nanométrique produit ce que l'on appelle des nanodomaines vortex ne nécessitant pas de champ électrique pour commuter la polarisation. Aux États-Unis, plusieurs systèmes d’universités d’États collaborant jusqu’en 2011 avec le Laboratoire national Lawrence Berkeley perfectionnent le matériel, qui nécessiterait beaucoup moins d’électricité que les lecteurs d’ordinateur magnétiques traditionnels. Il s'agirait également d'une forme solide de mémoire de données fonctionnant beaucoup plus rapidement et avec une plus grande capacité de stockage que la mémoire flash actuellement disponible sur le marché, avec le potentiel de stockage d'un jour de systèmes d'exploitation et de logiciels entiers, ce qui rendait la vitesse de démarrage et de traitement de l'ordinateur beaucoup plus rapide. plus grand.
L'effet ferroélectrique tire son nom du ferromagnétisme, qui décrit des matériaux magnétiques permanents à base de fer que l'on trouve dans la nature. C'est un peu un abus de langage, cependant, car la plupart des matériaux ferroélectriques ne sont pas basés sur l'élément fer. Les sels d'acide titanique dérivés du dioxyde de titane constituent la plupart des principaux matériaux ferroélectriques à l'étude. Ceux-ci comprennent le titanate de baryum, BaTiO 3 , le titanate de zirconate de plomb, le PZT ou des composés apparentés tels que le nitrate de sodium, NaNO 2 .
Le PZT est le matériau ferroélectrique le plus largement utilisé dans l'industrie à partir de 2011. Il s'agit d'un matériau hybride composé de titanate de plomb ferroélectrique et de zirconate de plomb antiferroélectrique, qui permet de concevoir des formules du matériau plus près de l'une ou l'autre des extrémités du filtre ferroélectrique. spectre anti-ferroélectrique. Etant donné que le PZT peut être réglé pour sa sensibilité aux champs mécaniques, audio ou électriques, et comme il s’agit d’un matériau céramique facile à mettre en forme, à mouler et à couper, il est souvent utilisé pour les capteurs et émetteurs passifs à des fréquences très spécifiques.