Bahan Ferroelektrik: Apa Itu?
Apa itu Bahan Ferroelektrik?
Bahan ferroelektrik adalah bahan yang menunjukkan sifat ferroelektris. Ferroelektris adalah kemampuan bahan untuk memiliki polarisasi listrik spontan. Polaritas ini dapat dibalik dengan penerapan medan listrik dalam arah yang berlawanan (lihat gambar 1 di bawah). Ferroelektris (dan oleh karena itu bahan ferroelektrik) ditemukan oleh Rochelle salt oleh Valasek pada tahun 1921.
Pembalikan polaritas bahan ferroelektrik melalui penerapan medan listrik eksternal disebut "switching".
Bahan ferroelektrik dapat mempertahankan polarisasi bahkan setelah medan listrik dihilangkan. Bahan ferroelektrik memiliki beberapa kesamaan dengan bahan ferromagnetik, yang menunjukkan momen magnet permanen. Lingkaran histeresis hampir sama untuk kedua bahan tersebut.
Karena ada kesamaan, awalan untuk kedua bahan tersebut sama. Namun, tidak semua bahan ferroelektrik harus mengandung besi (Ferro).
Semua bahan ferroelektrik menunjukkan efek piezoelektrik. Sifat-sifat berlawanan dari bahan-bahan ini terlihat pada bahan antiferomagnetik.
Teori Bahan Ferroelektrik
Energi bebas bahan ferroelektrik berdasarkan teori Ginburg-Landau tanpa medan listrik dan stres apa pun dapat ditulis sebagai ekspansi Taylor. Hal ini ditulis dalam istilah P (parameter urutan) sebagai
(jika ekspansi orde keenam digunakan)
Px → komponen vektor polarisasi, x
Py → komponen vektor polarisasi, y
Pz → komponen vektor polarisasi, z
αi, αij, αijk → koefisien harus konstan dengan simetri kristal.
α0 > 0, α111> 0 → untuk semua bahan ferroelektrik
α11< 0 → bahan ferroelektrik dengan transisi orde pertama
α0 > 0 → bahan ferroelektrik dengan transisi orde kedua
Untuk menyelidiki fenomena-fenomena yang berbeda dan pembentukan domain dalam bahan ferroelektrik, persamaan-persamaan ini digunakan dalam model bidang fase.
Biasanya, hal ini digunakan dengan menambahkan beberapa istilah seperti istilah elastis, istilah gradien, dan istilah elektrostatik ke persamaan energi bebas ini.
Persamaan-persamaan ini diselesaikan menggunakan metode perbedaan hingga, tunduk pada batasan-batasan elastisitas linear dan hukum Gauss.
Transisi fase kubus ke tetragonal dari polarisasi spontan bahan ferroelektrik dapat diperoleh dari ekspresi untuk energi bebas.
Ini memiliki karakter potensial dua lembah dengan minimum energi ganda di P = ± Ps.
Ps → polarisasi spontan
Dengan menyederhanakan, menghilangkan akar negatif, dan mensubstitusi α11 = 0 kita mendapatkan,
Polarisasi dan Lingkaran Histeresis
Pertama, kita ambil bahan dielektrik, dan diberikan medan listrik perifer. Kita dapat melihat bahwa polarisasi akan selalu berbanding lurus dengan medan yang diterapkan, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.
Selanjutnya, ketika kita memolarisasi bahan paraelektrik, kita mendapatkan polarisasi nonlinear. Namun, ini adalah fungsi dari medan, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 3.
Selanjutnya, kita ambil bahan ferroelektrik, dan diberikan medan listrik kepadanya. Kita mendapatkan polarisasi nonlinear.
Bahan ini juga menunjukkan polarisasi spontan tak nol tanpa medan perifer.
Kita juga dapat melihat bahwa dengan membalikkan arah medan listrik yang diterapkan, arah polarisasi dapat dibalik atau diubah.
Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa polarisasi akan bergantung pada kondisi saat ini dan sebelumnya dari medan listrik. Lingkaran histeresis diperoleh seperti yang ditunjukkan dalam gambar 4.
Suhu Curie
