Hva er ferroelektriske materialer?

Ferroelektriske materialer er materialer som har en naturlig ladepolarisering som kan reverseres av et eksternt elektrisk felt, kjent som bytteprosessen. Ferroelektrisitetens eiendom har vært kjent siden 1921, og fra og med 2011 har over 250 forbindelser vist seg å ha slike egenskaper. Forskning har fokusert på blytitanat, PbTiO ₃ og relaterte forbindelser. Av ferroelektriske materialer studert fra og med 2011, har alle vist seg å være piezoelektriske materialer. Dette betyr at hvis mekanisk trykk eller andre former for energisk stress fra lyd eller lysenergi blir brukt på slike forbindelser, vil de generere strøm.

Ferroelektrisitetens anvendelser spenner over et bredt spekter av elektroniske enheter, fra kretskomponenter som kondensatorer og termistorer til enheter med elektrooptikk eller ultralydfunksjoner. En av de mest aktivt undersøkte arenaene for ferroelektriske materialer er datamaskinminnet. Prosjektering av materialene i en nanometer skala produserer det som kalles virvel nanodomains som ikke krever et elektrisk felt for å bytte polarisering. Flere statlige universitetssystemer i USA som samarbeider gjennom 2011 med Lawrence Berkeley National Laboratory, perfeksjonerer materialet, som vil kreve mye mindre elektrisk kraft enn tradisjonelle magnetiske datamaskinstasjoner gjør. Det vil også være en solid form for dataminne som fungerer mye raskere og med større lagringskapasitet enn flashminnet som er på markedet, med potensial til å lagre hele operativsystemer og programvare en dag, noe som gjør datamaskinens oppstart og behandlingshastigheter mye større.

Den ferroelektriske effekten henter navnet fra ferromagnetisme, som beskriver permanente magnetiske materialer basert på jern som finnes i naturen. Dette er litt av en feilnummer, da de fleste ferroelektriske materialer ikke er basert på elementet jern. Salter av titansyre som er avledet fra titandioksid utgjør mange av de viktigste ferroelektriske materialene som er under forskning. Disse inkluderer bariumtitanat, BaTi03, blyzirkonat-titanat, PZT eller beslektede forbindelser som natriumnitrat, NaN02.

PZT er det mest brukte ferroelektriske materialet i industrien fra og med 2011. Det er et hybridmateriale mellom ferroelektrisk blytitanat og anti-ferroelektrisk blyzirkonat, som gjør at formler for materialet kan konstrueres nærmere den ene eller de andre endene av det ferroelektriske eller anti-ferroelektrisk spektrum. Siden PZT kan stilles inn på grunn av følsomhet for mekaniske, lyd- eller elektriske felt, og siden det er et keramisk materiale som er lett formet, støpt og kuttet, brukes det ofte for passive sensorer og sendere i svært spesifikke frekvenser.