I materiali ferroelettrici sono materiali che possiedono una polarizzazione di carica naturale che può essere invertita da un campo elettrico esterno, noto come processo di commutazione. La proprietà della ferroelettricità è nota dal 1921 e, a partire dal 2011, è stato dimostrato che oltre 250 composti mostrano tali caratteristiche. La ricerca si è concentrata sul titanato di piombo, PbTiO3 e composti correlati. Dei materiali ferroelettrici studiati a partire dal 2011, tutti hanno dimostrato di essere materiali piezoelettrici. Ciò significa che se a tali composti viene applicata una pressione meccanica o altre forme di stress energetico dall’audio o dall’energia luminosa, questi genereranno elettricità.
Le applicazioni della ferroelettricità abbracciano un ampio spettro di dispositivi elettronici, da componenti di circuiti come condensatori e termistori a dispositivi con capacità elettro-ottiche o ad ultrasuoni. Una delle arene più attivamente ricercate per i materiali ferroelettrici è quella della memoria del computer. L’ingegneria dei materiali su scala nanometrica produce i cosiddetti nanodomini di vortice che non richiedono un campo elettrico per commutare la polarizzazione. Diversi sistemi universitari statali negli Stati Uniti che lavorano insieme fino al 2011 con il Lawrence Berkeley National Laboratory stanno perfezionando il materiale, che richiederebbe molta meno energia elettrica rispetto alle tradizionali unità magnetiche per computer. Sarebbe anche una forma di memoria dati a stato solido che funziona molto più velocemente e con una maggiore capacità di archiviazione rispetto alla memoria flash attualmente sul mercato, con la possibilità di archiviare un giorno interi sistemi operativi e software, rendendo l’avvio del computer e la velocità di elaborazione molto maggiore.
L’effetto ferroelettrico prende il nome dal ferromagnetismo, che descrive materiali magnetici permanenti a base di ferro che si trovano in natura. Questo è un nome un po’ improprio, poiché la maggior parte dei materiali ferroelettrici non si basa sull’elemento ferro. I sali dell’acido titanico, derivati dal biossido di titanio, costituiscono molti dei principali materiali ferroelettrici oggetto di ricerca. Questi includono titanato di bario, BaTiO3, titanato di zirconato di piombo, PZT o composti correlati come nitrato di sodio, NaNO2.
Il PZT è il materiale ferroelettrico più utilizzato nell’industria a partire dal 2011. È un materiale ibrido tra titanato di piombo ferroelettrico e zirconato di piombo antiferroelettrico, che consente di progettare formule per il materiale più vicino all’una o all’altra estremità del ferroelettrico o spettro antiferroelettrico. Poiché il PZT può essere sintonizzato per la sua sensibilità ai campi meccanici, audio o elettrici e, poiché è un materiale ceramico facilmente modellabile, modellato e tagliato, viene spesso utilizzato per sensori e trasmettitori passivi in frequenze altamente specifiche.