Bahan Ferielektrik: Apakah Itu?
Apakah Bahan Ferroelektrik?
Bahan ferroelektrik adalah bahan yang menunjukkan sifat ferroelektrik. Ferroelektrik adalah kemampuan bahan untuk memiliki polarisasi elektrik spontan. Polaritas ini dapat dibalik dengan penerapan medan elektrik dalam arah yang berlawanan (lihat gambar 1 di bawah). Ferroelektrik (dan oleh itu bahan ferroelektrik) ditemui oleh Rochelle salt oleh Valasek pada tahun 1921.
Pembalikan polaritas bahan ferroelektrik melalui penerapan medan elektrik luar disebut "switching".
Bahan ferroelektrik dapat mempertahankan polarisasi bahkan setelah medan elektrik 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 sama untuk kedua bahan. Tetapi tidak semua bahan ferroelektrik harus mengandung Ferro (besi).
Semua bahan ferroelektrik menunjukkan efek piezoelektrik. Sifat-sifat yang berlawanan dari bahan-bahan ini terlihat dalam bahan antiferomagnetik.
Teori Bahan Ferroelektrik
Energi bebas bahan ferroelektrik berdasarkan teori Ginburg-Landau tanpa medan elektrik dan stres yang diterapkan dapat ditulis sebagai ekspansi Taylor. 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 seharusnya konstan dengan simetri kristal.
α0 > 0, α111> 0 → untuk semua ferroelektrik
α11< 0 → ferroelektrik dengan transisi orde pertama
α0 > 0 → ferroelektrik dengan transisi orde kedua
Untuk menyelidiki fenomena yang berbeda dan pembentukan domain dalam ferroelektrik, persamaan-persamaan ini digunakan dalam model fase-lapangan.
Biasanya, digunakan dengan menambahkan beberapa istilah seperti istilah elastis, istilah gradien, dan istilah elektrostatik ke persamaan energi bebas ini.
Persamaan-persamaan diselesaikan menggunakan metode perbedaan hingga, tunduk pada batasan-batasan elastisitas linear dan hukum Gauss.
Transisi fase kubik ke tetragonal polarisasi spontan ferroelektrik dapat diperoleh dari ekspresi untuk energi bebas.
Memiliki karakter potensial sumur ganda dengan minimum energi ganda pada 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 medan listrik pinggir diberikan. Kita dapat melihat bahwa polarisasi akan selalu berbanding lurus dengan medan yang diterapkan, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.
Selanjutnya, ketika kita polarisasi bahan paraelektrik, kita mendapatkan polarisasi nonlinier. Namun, ini adalah fungsi dari medan, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 3.
Selanjutnya, kita ambil bahan ferroelektrik, dan medan listrik diberikan kepadanya. Kita mendapatkan polarisasi nonlinier.
Ini juga menunjukkan polarisasi spontan nol tanpa medan pinggir.
Kita juga dapat melihat bahwa dengan membalik arah medan listrik yang diterapkan, arah polarisasi dapat dibalik atau diubah.
Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa polarisasi akan bergantung pada kondisi saat ini dan sebelumnya dari medan listrik. Lingkaran histeresis diperoleh seperti pada gambar 4.
Suhu Curie
