Ferroelektrik

Ferroelektrik, harici elektrik alan tarafından muhafaza edilen spontane elektrik polarizasyonuna sahip olan metallerin özelliğidir. Terim olarak, maddelerin kalıcı manyetik moment sergilediği Ferromanyetizmaya benzer şekilde kullanılır. Ferroelektrik 1920'de, Rochelle salt'da, Valasek tarafından keşfedildiğinde, Ferromanyetizma biliniyordu. Bu nedenle, en fazla ferroelektrik özellik gösteren maddeler demir içermemesine rağmen, demir anlamına gelen bir ön ek olan ferro kelimesi kullanıldı.

Kutuplaşma (polarlaşma)

Birçok madde kutuplaşırken,indüklenen (uyarılan) kutuplaşma, harici olarak etki eden elektrik alana neredeyse tamamen eşittir; bu nedenle kutuplaşama lineer (doğrusal) bir fonksiyondur. Bu fonksiyonun grafiği yukarıda (dielektrik polarizasyon) gösterilmiştir. Paraelektrik olarak bilinen bazı maddeler, daha pekiştirilmiş doğrusal olmayan kutuplaşma sergiler. Bu kutuplaşmanın grafiği yukarıdaki şekilde (paraelektrik polarizasyon) gösterilmiştir. Elektriksel geçirgenlik, yalıtkan maddelerde ve harici elektrik alan fonksiyonunda olduğu gibi kutuplaşma eğrisinin eğimine karşılık gelir.
Doğrusal olmamalarına ek olarak; ferroelektrik maddeler, uygulanan elektrik alan sıfır bile olsa, spontane sıfır dışı kutuplaşmayı gösterir. Ferroelektriklerin ayırt edici özelliği  zıt yöndeki spontane kutuplaşmanın, uygun büyüklükteki elektrik alan tarafından muhafaza edilebilmesidir. Bu nedenle, kutuplaşma (polarlaşma) hem elektrik alana hem de döngüde geçen süreye bağlıdır. Bu maddelere ferroelektrik denilmesinin sebebi, benzer süreli döngüye ve spontane mıknatıslanmaya sahip olan ferromanyetik materyallerle benzer olmalarıdır.
Genellikle, maddeler faz değiştirme sıcaklığında ferroelektrik özellik gösterir. Bu sıcaklığa Curie sıcaklığı denir ve maddeler bu sıcaklığın üstünde paraelektriktir, spontane kutuplaşma kaybolur ve ferroelektrik kristali paraelektrik hale dönüşür. Birçok ferroelektrik madde, Curie sıcaklığının üzerinde pizoelektrik (basınçsal elektrik) özelliğini kaybeder çünkü bu maddelerin paraelektrik safhası merkeze göre simetrik kristalografik yapıya sahiptir. 

Uygulama Alanları

Doğrusal olmayan yapıdaki ferroelektrik maddeler, kapasitesi ayarlanabilen kondansatör yapımında kullanılır. Genellikle, ferroelektrik kondansatörler bir çift elktrotun arasına konulmuş ferroelektik tabakdan oluşur. Ferroelektriklerin geçirgenliği ayarlanabilir, ve özellikle faz geçiş sıcaklığına yaklaştığında çok yüksek bir değere sahiptir. Bundan dolayı, ferroelektrik kondansatörler, aynı kapasiteye sahip dielektrik kapasitörlere kıyasla  küçük ebatlara sahiptir.
Spontane kutuplaşmalı ferroelektrik maddeler,bilgisayarlarda ve RFID kartlarda bulunan ferroelektik RAM yapımında kullanılan ferroelektrik kapasitörlerde ,hafıza fonksiyonu olarak kullanılan hysteresis (süre-durum) etkisini gösterir. Bu uygulamalarda ince bir film şeklindeki ferroelektrik malzemeler kullanılır ve bunlar makul voltajı aktarmak için gerekli alanı oluşturur. Ancak, ince film kullanılırken, aygıtların hatasız çalışması için ara yüzlere ve elektrotalara dikkat edilmelidir.
Ferroelektrik materyallerin piezoelektrik ve pyroelektrik olabilmeleri için simetrik olmaları gerekir. Piezoelektrik, pyroelektrik ve hafıza özelliklerinin birleşimi ferroelektrik kondansatörlerini sensör uygulamaları için çok kullanışlı yapar. Ferroelektrik kondansatörler; ultrason cihazlarında, yüksek kaliteli kızılötesi kameralarda, yangın sensörlerinde, radarlarda, titreşim sensörlerinde, ve dizel motorların yakıt enjektörlerinde kullanılır.
Son zamanlarda oluşan bir başka fikirde ferroelektik tünel kavşağıdır (FTJ). FTJ, metal elektrotlar arasına konulmuş nanometrik ferroelektrik filmden oluşur. Ferroelektik katman, elektronların tünel oluşturmasına izin verecek kadar incedir. Kutupsuzlaşma alanının yanı sıra, piezoelektrik ve arayüz etkisi; çok büyük bir elektrodirenç açıp kapama etkisine sebep olabilir.
Araştırmacıların çift manyetik ve ferroelektik şekilde düzenlenmiş materyallerin yollarını aradığı bir başka konu ise multiferroiklerdir. Bu konu hakkına yeniden gözden geçirilmiş birçok görüş bulunmaktadır.