Ferroeletricidade

A ferroeletricidade é uma característica de certos materiais que possuem uma polarização elétrica espontânea que pode ser revertida pela aplicação de um campo elétrico externo.^[1] Esta propriedade foi descoberta por Joseph Valasek em 1921 estudando as propriedades dielétricas do sal de Rochelle.^[2] O termo Ferroeletricidade foi adotado a partir de 1940 pelo fato de que esses materiais possuírem um ciclo de histerese similar ao ciclo de histerese Ferromagnética. Os materiais que possuem propriedades ferroelétricas são de estrutura cristalina e são dielétricos, ou seja não conduzem corrente elétrica.^[3] O que caracteriza os materiais ferroelétricos é que eles possuem polarização espontânea em determinada faixa de temperatura e sua polarização pode ser invertida com a aplicação de um campo elétrico externo.^[4]

Cerâmica funcional.

Materiais Ferroeléctricos

Hoje em dia o material ferroelétrico de maior importância é o Titanato de Bário, sendo usado no fabrico de condensadores de multicamada. Este material adopta a estrutura cristalina da Perovskita. Outros materiais ferroelétricos que adoptam a mesma estrutura são o Titanato de Chumbo, o Niobato de Potássio, o Bismutato de Ferro. Materiais ferroelétricos podem também adoptar a estrutura cristalina das fases Aurivillius ou do pirocloro.^[5]

Escala atômica

Ferroeletricidade em óxido de háfnio lubrificado por ultrafinos (HfO₂), um óxido de estrutura de fluorita cultivado por deposição de camada atômica em silício.^[6] A persistência de quebra de simetria de inversão e polarização espontânea e comutável até a espessura de um nanômetro. A ferroeletricidade nos filmes com apenas 1 nanômetro de espessura significa que essas células de armazenamento podem ser reduzidas a dimensões abaixo do que se acreditava ser possível antes de 2020.^[7]

Ferroeletricidade assimétrica

Cem anos depois que a ferroeletricidade foi relatada pela primeira vez^[8], um fenômeno qualitativamente diferente, a ferroeletricidade assimétrica, é relatada em cristais de engenharia em escala atômica. Ao contrário da estrutura centrossimétrica de alta temperatura que prevalece nos cristais ferroelétricos, os cristais aqui quebram a simetria de inversão por projeto.^[9] Uma ferroeletricidade assimétrica é encontrada devido à não uniformidade dos dipolos polarizados.^[10] Em um estudo teórico sistemático sobre o comportamento ferroelétrico de filmes ferroelétricos ultrafinos de três componentes imprensados entre eletrodos. Usando cálculos, os pesquisadores demonstram que tais estruturas têm ferroeletricidade assimétrica intrínseca, que é robusta mesmo em nanoescala. Além disso, o estudo mostrou que existe certa relação entre as direções de polarização e as sequências geométricas de empilhamento das superredes. Ela pode ser controlada pela ordem de empilhamento da camada atômica projetada e periodicidade da superrede.^[9]

Referências

1. Lüker, Arne. «A Short History of Ferroelectricity» (PDF). Instituto Superior Técnico - Departamento de Física (Portugal)
2. Fousek, J. (agosto de 1994). «Joseph Valasek and the discovery of ferroelectricity». Proceedings of 1994 IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics: 1–5. doi:10.1109/ISAF.1994.522283
3. Solid State Physics (em inglês). [S.l.]: Academic Press. 1 de janeiro de 1957
4. Mason, Warren P. (1 de novembro de 1971). «Fifty Years of Ferroelectricity». The Journal of the Acoustical Society of America. 50 (5B): 1281–1298. ISSN 0001-4966. doi:10.1121/1.1912765
5. Busch, Georg (1 de agosto de 1987). «Early history of ferroelectricity». Ferroelectrics. 74 (1): 267–284. ISSN 0015-0193. doi:10.1080/00150198708201307
6. «Ferroelectricity at the atomic scale» (em inglês). 23 de abril de 2020
7. Cheema, Suraj S.; Kwon, Daewoong; Shanker, Nirmaan; dos Reis, Roberto; Hsu, Shang-Lin; Xiao, Jun; Zhang, Haigang; Wagner, Ryan; Datar, Adhiraj (abril de 2020). «Enhanced ferroelectricity in ultrathin films grown directly on silicon». Nature (em inglês). 580 (7804): 478–482. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/s41586-020-2208-x
8. Valasek, J. (1 de abril de 1921). «Piezo-Electric and Allied Phenomena in Rochelle Salt». Physical Review (4): 475–481. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/physrev.17.475. Consultado em 22 de agosto de 2021
9. Warusawithana, Maitri P.; Kengle, Caitlin S.; Zhan, Xun; Chen, Hao; Colla, Eugene V.; O’Keeffe, Michael; Zuo, Jian-Min; Weissman, Michael B.; Eckstein, James N. (4 de agosto de 2021). «Asymmetric ferroelectricity by design in atomic-layer superlattices with broken inversion symmetry». Physical Review B (8). 085103 páginas. doi:10.1103/PhysRevB.104.085103. Consultado em 22 de agosto de 2021
10. «Layer-dependent solvent vapor annealing on stacked ferroelectric P(VDF-TrFE) copolymers for highly efficient nanogenerator applications». Polymer (em inglês). 122822 páginas. 9 de setembro de 2020. ISSN 0032-3861. doi:10.1016/j.polymer.2020.122822. Consultado em 22 de agosto de 2021

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