Paraleleismo y ferreoelectricidad

Paraelectricidad y Ferroelectricidad.

1. Paraelectricidad.

La paraelectricidad es la capacidad de muchos materiales para polarizarse bajo un campo eléctrico aplicado. Esto puede suceder incluso si no hay un dipolo eléctrico permanente que exista en el material y la eliminación de los campos da como resultado que la polarización del material vuelva a cero, no se presenta polarización espontánea. La polarización no aumenta linealmente con el campo aplicado. Los mecanismos que causan el comportamiento paraeléctrico son la distorsión de iones individuales (desplazamiento de la nube de electrones desde el núcleo) y la polarización de moléculas o combinaciones de iones o defectos.

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Figura 1. Polarización Paraeléctrica

En ausencia de un campo eléctrico aplicado, un material ferroeléctrico puede presentar dos estados estables de polarización con signos opuestos. De ahí la aplicación directa de la ferroelectricidad en memorias no volátiles. En definitiva, un material ferroeléctrico no se define solo por la existencia de polarización espontánea, sino también por la “conmutabilidad” de la misma cuando se aplica un campo eléctrico externo.

La paraelectricidad puede ocurrir en fases cristalinas donde los dipolos eléctricos de las celdas unitarias  no están alineados y, por lo tanto, tienen el potencial de alinearse en un campo eléctrico externo y debilitarlo.

1.1 Materiales Paraeléctricos.

Un ejemplo de un material paraeléctrico de alta constante dieléctrica es el titanato de estroncio. El cristal de LiNbO3 es ferroeléctrico por debajo de 1430 K, y por encima de esta temperatura se transforma en una fase paraeléctrica desordenada.  

El niobato de litio se usa ampliamente en el mercado de las telecomunicaciones, p. en teléfonos móviles y moduladores ópticos. Es el material de elección para la fabricación de dispositivos de ondas acústicas de superficie. Para algunos usos, puede reemplazarse por litio equivalente, LiTaO3. Otros usos son la duplicación de la frecuencia del láser, la óptica no lineal, las células de Pockels, los osciladores paramétricos ópticos, los dispositivos de conmutación Q para láser, otros dispositivos acústicos ópticos, interruptores ópticos para frecuencias de gigahercios, etc. Es un material excelente para la fabricación de guías de ondas ópticas. También se utiliza en la fabricación de filtros ópticos espaciales de paso bajo (anti-aliasing).

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Figura 2. Nobiato de Litio no polarizado y polarizado.

Del mismo modo, otras perovskitas también exhiben paraelectricidad a altas temperaturas. Cuando se polariza un material paraeléctrico al aplicar un campo eléctrico teniendo las características de un proceso adiabático aumenta la temperatura y al eliminar el campo eléctrico la temperatura disminuye. Es por estas características que la paraelectricidad se ha analizado como un probable mecanismo de refrigeración.

2. Ferroelectricidad. 

El fenómeno ferroeléctrico aparece en ciertos materiales dieléctricos y consiste en la retención de la polarización inducida por un campo eléctrico externo, una vez desaparecido éste. En los ferroeléctricos, la polarización no es función lineal del campo, puesto que tampoco lo es la constante dieléctrica.

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