Les matériaux ferroélectriques sont des matériaux qui possèdent une polarisation de charge naturelle qui peut être inversée par un champ électrique externe, connu sous le nom de processus de commutation. La propriété de la ferroélectricité est connue depuis 1921 et, en 2011, plus de 250 composés présentaient de telles caractéristiques. La recherche s’est concentrée sur le titanate de plomb, le PbTiO3 et les composés apparentés. Parmi les matériaux ferroélectriques étudiés à partir de 2011, tous se sont avérés être des matériaux piézoélectriques. Cela signifie que si une pression mécanique ou d’autres formes de stress énergétique provenant de l’énergie audio ou lumineuse sont appliquées à de tels composés, ils généreront de l’électricité.
Les applications de la ferroélectricité couvrent un large éventail de dispositifs électroniques, des composants de circuits tels que les condensateurs et les thermistances aux dispositifs dotés de capacités électro-optiques ou à ultrasons. L’un des domaines les plus recherchés pour les matériaux ferroélectriques est celui de la mémoire informatique. L’ingénierie des matériaux à l’échelle nanométrique produit ce que l’on appelle des nanodomaines vortex qui ne nécessitent pas de champ électrique pour changer de polarisation. Plusieurs systèmes universitaires d’État aux États-Unis, travaillant ensemble jusqu’en 2011 avec le Lawrence Berkeley National Laboratory, perfectionnent le matériau, qui nécessiterait beaucoup moins d’énergie électrique que les lecteurs informatiques magnétiques traditionnels. Il s’agirait également d’une forme de mémoire de données à semi-conducteurs qui fonctionnerait beaucoup plus rapidement et avec une capacité de stockage supérieure à celle de la mémoire flash actuellement sur le marché, avec le potentiel de stocker un jour des systèmes d’exploitation et des logiciels entiers, ce qui rendrait les vitesses de démarrage et de traitement beaucoup plus élevées. plus grand.
L’effet ferroélectrique tire son nom du ferromagnétisme, qui décrit les matériaux magnétiques permanents à base de fer que l’on trouve dans la nature. C’est un peu abusif, cependant, car la plupart des matériaux ferroélectriques ne sont pas basés sur l’élément fer. Les sels d’acide titanique dérivés du dioxyde de titane constituent la plupart des principaux matériaux ferroélectriques à l’étude. Ceux-ci incluent le titanate de baryum, BaTiO3, le titanate de zirconate de plomb, le PZT ou des composés apparentés comme le nitrate de sodium, NaNO2.
Le PZT est le matériau ferroélectrique le plus utilisé dans l’industrie depuis 2011. Il s’agit d’un matériau hybride entre le titanate de plomb ferroélectrique et le zirconate de plomb anti-ferroélectrique, qui permet de concevoir des formules pour le matériau plus près de l’une ou l’autre des extrémités du ferroélectrique ou spectre antiferroélectrique. Étant donné que le PZT peut être réglé pour sa sensibilité aux champs mécaniques, audio ou électriques et, puisqu’il s’agit d’un matériau céramique facile à façonner, à mouler et à couper, il est souvent utilisé pour les capteurs passifs et les émetteurs à des fréquences très spécifiques.