¿Cuáles son las características de los materiales ferroeléctricos?
1. Polarización espontánea
Los transistores ferroeléctricos son un tipo de transistor dieléctrico particularmente importante en los dieléctricos. La característica de los dieléctricos es que propagan los efectos y efectos de la electricidad mediante inducción en lugar de conducción. En este sentido, no podemos pensar simplemente en los dieléctricos como aislantes.
El papel principal en los dieléctricos es la carga ligada. Bajo la influencia de la electricidad, transmiten y registran la influencia de la electricidad de forma polarizada, en la que los centros de gravedad de las cargas positivas y negativas no coinciden. Los transistores de hierro, por otro lado, pueden exhibir características de distancia dipolar eléctrica incluso sin un campo eléctrico externo. Porque cada celda unitaria tiene un momento dipolar eléctrico y su polarizabilidad está relacionada con la temperatura.
2. Bucle de histéresis eléctrica
La relación entre la intensidad de polarización P y el campo eléctrico externo E constituye el bucle de histéresis electromagnética. En términos generales, las propiedades piezoeléctricas y las propiedades de polarización espontánea de un cristal están determinadas por la simetría del cristal. Para los transistores de hierro, la característica de que la polarización espontánea puede ser revertida por un campo eléctrico externo no se puede predecir a partir de la estructura cristalina y sólo se puede juzgar midiendo el bucle de histéresis (o midiendo el coeficiente dieléctrico).
Los bucles de histéresis indican la presencia de dominios dentro de un transistor ferroeléctrico. Los transistores ferroeléctricos suelen estar compuestos de muchos dominios, cada dominio tiene la misma dirección de polarización, pero su dirección de polarización es diferente de la de los dominios adyacentes. Si es policristalino, la orientación relativa de las intensidades de polarización en los diferentes dominios puede ser irregular porque la orientación de los propios granos es arbitraria. Sin embargo, si se trata de un monocristal, existe una relación simple entre las orientaciones de la intensidad de polarización en diferentes dominios. Para mayor claridad, aquí sólo se considera el bucle de histéresis de un monocristal y sólo existen dos posibilidades para la orientación de la intensidad de polarización, a saber, la dirección positiva o la dirección negativa a lo largo de un determinado eje.
Supongamos que en ausencia de un campo eléctrico externo, el momento eléctrico total del cristal es cero y las direcciones de polarización de los dos dominios del cristal son opuestas y paralelas entre sí. Cuando se aplica un campo eléctrico externo al cristal, los dominios de intensidad de polarización a lo largo de la dirección del campo eléctrico se vuelven más grandes, mientras que los dominios en la dirección antiparalela se vuelven más pequeños. De esta forma, la intensidad de polarización p aumenta con el aumento del campo eléctrico externo e, como se muestra en la curva de la sección OA de la figura. A medida que la intensidad del campo eléctrico continúa aumentando, el cristal solo tiene un dominio y la intensidad de polarización del cristal alcanza la saturación, lo que equivale a la parte cercana a C en el diagrama complementario. Esta parte lineal se extiende al caso en el que el campo externo es cero y la intersección obtenida en el eje vertical P se denomina intensidad de polarización saturada (es decir, punto E). De hecho, esta es también la intensidad de polarización original de cada dominio.
Así, la intensidad de polarización saturada es específica de cada dominio. Si el campo eléctrico disminuye desde C en la figura, el valor P máximo del cristal también disminuirá, pero con un campo eléctrico cero, todavía hay intensidad de polarización residual (punto D). Cabe señalar que la intensidad de polarización residual es para todo el cristal. Cuando el campo eléctrico puntual se invierte a la intensidad del campo eléctrico coercitivo (es decir, el punto F), la polarización residual desaparece por completo. Cuando el valor del campo eléctrico inverso continúa aumentando, la intensidad de polarización se invierte. Si la intensidad del campo eléctrico coercitivo es mayor que la intensidad del campo eléctrico de ruptura del cristal, entonces el cristal se ha destruido eléctricamente antes de que se invierta la polarización, por lo que no se puede decir que el cristal sea ferroeléctrico.
3. Constante dieléctrica
Cuando la temperatura es superior a una determinada temperatura crítica, la ferroelectricidad del cristal desaparece y la red cristalina cambia. Este es el punto de Curie del ferroeléctrico. Debido a que la aparición o desaparición de la ferroelectricidad siempre va acompañada de cambios en la estructura reticular, se trata de un proceso de cambio de fase. Cuando un cristal pasa de una fase no ferroeléctrica (fase paraeléctrica) a una fase ferroeléctrica, muchas propiedades físicas del cristal son anormales.
En los cambios de fase de primer orden suele producirse calor latente, mientras que en los cambios de fase de segundo orden se producen cambios repentinos de calor específico. La intensidad de la polarización espontánea en la fase ferroeléctrica está relacionada con la deformación espontánea del cristal, por lo que la simetría de la estructura reticular de la fase ferroeléctrica es menor que la de la fase no ferroeléctrica (fase paraeléctrica). Si el cristal tiene dos o más fases ferroeléctricas, representa la temperatura de transición de fase entre la fase paraeléctrica y la fase ferroeléctrica, denominada colectivamente temperatura de transición o temperatura de transición. (En esta zona, la permitividad a menudo disminuye rápida y abruptamente).
Debido a la no linealidad de la polarización, la permitividad de los ferroeléctricos no es constante sino que depende del campo eléctrico aplicado. Por un lado, la pendiente de la curva OA en el bucle de histéresis en el origen representa el coeficiente dieléctrico, es decir, al medir el coeficiente dieléctrico ε, el campo eléctrico externo es muy pequeño.
Cerca de la temperatura de transición, el coeficiente dieléctrico ε de los ferroeléctricos tiene un valor muy grande, alcanzando el orden de ~. Cuando la temperatura es superior al punto de Curie, la relación entre el coeficiente dieléctrico y la temperatura obedece a la ley de Curie-Weiss:
Se llama temperatura característica, que generalmente es ligeramente inferior al punto de Curie, y c se llama constante de Curie y representa la contribución de la polarización electrónica al coeficiente dieléctrico, y es insignificante a la temperatura de transición.