Definition
Als Ferroelektrika bezeichnet man Stoffe, die auch ohne äußeres angelegtes Feld ein permanentes Dipolmoment und damit eine spontane elektrische Polarisation besitzen. Die Vorsilbe "Ferro-" bezieht sich bei den Ferroelektrika nicht auf eine Eigenschaft von Eisen, sondern auf die Analogie zum Ferromagnetismus: Wie bei den Ferromagnetika die Magnetisierung verschwindet die Polarisation bei hohen Temperaturen - das Material ist paraelektrisch. Bei Abkühlung des Materials findet ein Phasenübergang, der oft auch mit einer Strukturveränderung zusammenfällt, statt und das Material wird ferroelektrisch. Die Polarisation kann durch Anlegen eines externen elektrischen Feldes umgepolt werden und folgt dabei einer Hysteresekurve. Eine wichtige Anwendung von Ferroelektrika sind die ferroelektrischen Arbeitsspeicher.
Eigenschaften
Neben der Ferroelektrizität besitzen Ferroelektrika noch andere interessante Eigenschaften:
- Hohe Dielektrizitätskonstante: In der Nähe des Phasenübergangs haben Ferroelektrika sehr hohe Dielektrizitätskonstanten im Bereich ?=100-1000, weshalb sie sich auch als Material für Kondensatoren in DRAM-Speicherzellen für Arbeitsspeicher mit hohen Speicherdichten eignen.
- Pyroelektrizität: Eine Abhängigkeit der Oberflächenladungen von der Temperatur bezeichnet man als Pyroelektrizität. Da die spontante Polarisation in den meisten Fällen temperaturabhängig ist, sind Ferroelektrika im allgemeinen auch pyroelektrisch und eignen sich daher als Infrarotdetektoren.
- Piezoelektrizität: Ferroelektrika sind piezoelektrisch: Aufgrund des angelegten elektrischen Feldes, bzw. der Polarisation kommt es zu Verzerrungen des Kristalls (inverser piezoelektrischer Effekt), bzw. durch äussere mechanische Spannungen kann die Größe der Polarisation verändert werden (piezoelektrischer Effekt).