La piezoelectricidad es una forma de electricidad que se crea cuando ciertos cristales se doblan o deforman. También se puede hacer que estos mismos cristales se doblen ligeramente cuando se hace correr una pequeña corriente a través de ellos, lo que fomenta su uso en instrumentos para los que se necesitan grandes grados de control mecánico. Esto se llama piezoelectricidad inversa. Por ejemplo, los microscopios de túnel de barrido (STM) utilizan cristales piezoeléctricos para «explorar» la superficie de un material y crear imágenes de gran detalle. La piezoelectricidad está relacionada con la piroelectricidad, en la que se crea una corriente al calentar o enfriar el cristal.
La propiedad de la piezoelectricidad viene dictada tanto por los átomos del cristal como por la forma particular en que se formó ese cristal. Algunas de las primeras sustancias que se utilizaron para demostrar la piezoelectricidad son el topacio, el cuarzo, la turmalina y el azúcar de caña. Hoy en día, conocemos muchos cristales piezoeléctricos, algunos de los cuales incluso se pueden encontrar en huesos humanos. Ciertas cerámicas y polímeros también han mostrado el efecto.
Un cristal piezoeléctrico consta de múltiples dominios entrelazados que tienen cargas positivas y negativas. Estos dominios son simétricos dentro del cristal, lo que hace que el cristal en su conjunto sea eléctricamente neutro. Cuando se ejerce presión sobre el cristal, la simetría se rompe ligeramente y se genera voltaje. Incluso una pequeña cantidad de cristal piezoeléctrico puede generar voltajes por miles.
La piezoelectricidad se utiliza en sensores, actuadores, motores, relojes, encendedores y transductores. Un reloj de cuarzo utiliza piezoelectricidad, al igual que cualquier encendedor de cigarrillos sin pedernal. Los dispositivos médicos de ultrasonido crean vibraciones acústicas de alta frecuencia utilizando cristales piezoeléctricos. La piezoelectricidad se utiliza en algunos motores para crear la chispa que enciende el gas. Los altavoces utilizan piezoelectricidad para convertir la electricidad entrante en sonido. Los cristales piezoeléctricos se utilizan en muchos dispositivos de alto rendimiento para aplicar pequeños desplazamientos mecánicos en la escala de nanómetros.
Aunque un cristal piezoeléctrico nunca se deforma más de unos pocos nanómetros cuando pasa una corriente a través de él, la fuerza detrás de esta deformación es extremadamente alta, del orden de meganewtons. Este poder de deformación se utiliza en experimentos mecánicos y para alinear elementos ópticos muchas veces más pesados que el cristal piezoeléctrico en sí.