Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué son los materiales ferroeléctricos?
Los materiales ferroeléctricos son materiales que exhiben ferroelectricidad. La ferroelectricidad es la capacidad del material de tener una polarización eléctrica espontánea. Esta polarización se puede invertir mediante la aplicación de un campo eléctrico externo en la dirección opuesta (figura 1 a continuación). La ferroelectricidad (y por lo tanto los materiales ferroeléctricos) fue descubierta por la sal de Rochelle por Valasek en 1921.
La inversión de polaridad de un material ferroeléctrico mediante la aplicación de un campo eléctrico externo se denomina «conmutación».
Los materiales ferroeléctricos pueden mantener la polarización incluso una vez que se elimina el campo eléctrico. Los materiales ferroeléctricos tienen algunas similitudes con los materiales ferromagnéticos , que revelan un momento magnético permanente. El bucle de histéresis es casi el mismo para ambos materiales.
Dado que existen similitudes, el prefijo es el mismo para ambos materiales. Pero todo el material ferroeléctrico no debe tener Ferro (hierro).
Todos los materiales ferroeléctricos exhiben un efecto piezoeléctrico. Las propiedades opuestas de estos materiales se ven en materiales antiferromagnéticos.
Teoría de los materiales ferroeléctricos
La energía libre del material ferroeléctrico basada en la teoría de Ginburg-Landau sin campo eléctrico y cualquier esfuerzo aplicado se puede escribir como expansión de Taylor. Está escrito en términos de P (parámetro de orden) como
(si se usa expansión de sexto orden)
P x → componente del vector de polarización, x
P y → componente del vector de polarización, y
P z → componente del vector de polarización, z
α i , α ij , α ijk → los coeficientes deben ser constantes con la simetría cristalina.
α 0 > 0, α 111 > 0 → para todos los ferroeléctricos
α 11 <0 → ferroeléctricos con transición de primer orden
α 0 > 0 → ferroeléctricos con transición de segundo orden
Para investigar diferentes fenómenos y la formación de dominios en ferroeléctricos, estas ecuaciones se utilizan en el modelo de campo de fase.
Por lo general, se usa agregando algunos términos como un término elástico, un término de gradiente y un término electrostático a esta ecuación de energía libre.
Usando el método de diferencias finitas, las ecuaciones se resuelven sujetas a la elasticidad lineal y las restricciones de la ley de Gauss.
Se puede obtener una transición de fase cúbica a tetragonal de polarización espontánea de un ferroeléctrico a partir de la expresión de energía libre. 
Tiene un carácter de potencial de pozo dual con mínimos de energía doble en P = ± P s.
P s → polarización espontánea 
Al simplificar, eliminar la raíz negativa y sustituir α 11 = 0 obtenemos,
Bucle de polarización e histéresis
Primero, tomamos un material dieléctrico y se da un campo eléctrico periférico. Podemos ver que la polarización siempre será directamente proporcional al campo aplicado, representado en la figura 2. 
Luego, cuando polarizamos un material paraeléctrico, obtenemos una polarización no lineal. Sin embargo, es una función del campo, como se muestra en la figura 3. 
A continuación, tomamos un material ferroeléctrico y se le da un campo eléctrico . Obtenemos una polarización no lineal.
También exhibe polarización espontánea distinta de cero sin un campo periférico.
También podemos ver que al invertir la dirección del campo eléctrico aplicado, la dirección de polarización se puede invertir o cambiar.
Así, podemos decir que la polarización dependerá de la condición presente y previa del campo eléctrico. El bucle de histéresis se obtiene como en la figura 4.
Temperatura curie
Las propiedades de estos materiales existen solo por debajo de una temperatura de conversión de fase definida. Por encima de esta temperatura, el material se convertirá en materiales paraeléctricos.
Es decir, pérdida de polarización espontánea. Esta temperatura definida se llama temperatura de Curie (T C ).
La mayoría de estos materiales por encima de T c perderá la propiedad piezoeléctrica también.
La variación de una constante dieléctrica usando la temperatura en el estado paraeléctrico no polar se muestra mediante la ley de Curie-Weiss como se indica a continuación. 
ε → Constante dieléctrica
ε ∞ → ε a temperatura, T >> TC
A → Constante
T C → Punto de Curie
T → Temperatura
χ → Susceptibilidad
C C → Constante de Curie del material
La constante dieléctrica y la característica de temperatura de un material ferroeléctrico se representan a continuación.
Ejemplos de materiales ferroeléctricos
Ejemplos de materiales ferroeléctricos:
- BaTiO 3
- PbTiO 3
- Titanato de circonato de plomo (PZT)
- Sulfato de triglicina
- PVDF
- Tantalita de litio, etc.
Aplicación de materiales ferroeléctricos
Los materiales ferroeléctricos tienen muchas aplicaciones, que incluyen:
- Termistores
- Osciladores
- Memoria no volátil
- Filtros
- Condensadores
- Deflectores de luz
- Transcargadores
- Materiales electro-ópticos
- Moduladores
- Piezoeléctricos
- Pantalla, etc.
