Cosa sono i materiali ferroelettrici?
I materiali ferroelettrici sono materiali che possiedono una polarizzazione della carica naturale che può essere invertita da un campo elettrico esterno, noto come processo di commutazione. La proprietà della ferroelettricità è nota dal 1921 e, a partire dal 2011, è stato dimostrato che oltre 250 composti presentano tali caratteristiche. La ricerca si è concentrata su titanato di piombo, PbTiO 3 e composti correlati. Dei materiali ferroelettrici studiati a partire dal 2011, tutti hanno dimostrato di essere materiali piezoelettrici. Ciò significa che se a tali composti vengono applicati pressione meccanica o altre forme di stress energetico dall'audio o dall'energia luminosa, genereranno elettricità.
Le applicazioni della ferroelettricità coprono un ampio spettro di dispositivi elettronici, da componenti di circuiti come condensatori e termistori a dispositivi con elettro-ottica o capacità ad ultrasuoni. Una delle arene più attivamente studiate per i materiali ferroelettrici è quella della memoria del computer. L'ingegneria dei materiali su scala nanometrica produce ciò che è noto come nanodominio a vortice che non richiede un campo elettrico per commutare la polarizzazione. Diversi sistemi universitari statali negli Stati Uniti che collaborano fino al 2011 con il Lawrence Berkeley National Laboratory stanno perfezionando il materiale, il che richiederebbe molta meno energia elettrica rispetto ai tradizionali drive per computer magnetici. Sarebbe anche una forma di memoria dati allo stato solido che funziona molto più velocemente e con una maggiore capacità di archiviazione rispetto alla memoria flash attualmente sul mercato, con il potenziale di un giorno di archiviare interi sistemi operativi e software, rendendo l'avvio del computer e le velocità di elaborazione molto elevate maggiore.
L'effetto ferroelettrico prende il nome dal ferromagnetismo, che descrive materiali magnetici permanenti basati sul ferro che si trovano in natura. Questo è un po 'improprio, tuttavia, poiché la maggior parte dei materiali ferroelettrici non sono basati sull'elemento ferro. I sali di acido titanico che sono derivati dal biossido di titanio costituiscono molti dei principali materiali ferroelettrici oggetto di ricerca. Questi includono titanato di bario, BaTiO 3 , titanato di zirconato di piombo, PZT o composti correlati come nitrato di sodio, NaNO 2 .
PZT è il materiale ferroelettrico più utilizzato nell'industria dal 2011. È un materiale ibrido tra titanato di piombo ferroelettrico e zirconato di piombo anti-ferroelettrico, che consente di formulare le formule del materiale più vicino all'una o all'altra estremità del ferroelettrico o spettro anti-ferroelettrico. Poiché PZT può essere sintonizzato per la sua sensibilità ai campi meccanici, audio o elettrici e, poiché è un materiale ceramico facilmente modellabile, modellabile e tagliato, viene spesso utilizzato per sensori e trasmettitori passivi a frequenze altamente specifiche.