Ferroélectricité

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On appelle ferroélectricité la propriété selon laquelle un matériau possède une polarisation électrique à l'état spontané, polarisation qui peut être renversée par l'application d'un champ électrique extérieur.

On peut expliquer cela simplement en évoquant le décalage des barycentres des charges positives et négatives.

[modifier] Historique

La ferroélectricité a longtemps été connue uniquement dans le sel de Seignette, un sel de composition chimique et de structure cristallographique complexe. Cette complexité a freiné les recherches et laissé penser que la ferroélectricité était une propriété tout à fait exotique nécessitant des conditions bien particulières (liaisons hydrogène notamment). De plus, cette propriété ne trouvait alors aucun intérêt pratique.

Un saut majeur dans l'étude des ferroélectriques a été la découverte au début des années 1950 des oxides ferroélectriques de structure pérovskite : BaTiO3, PbTiO3, etc. Ces matériaux plus simples ont permis le développement de théorie de la ferroélectricité.

[modifier] Transitions de phase ferroélectriques

Habituellement on observe une variation rapide des propriétés diélectriques (par exemple la polarisation) à la température de Curie Tc (ou température de transition de phase Ttr). Si elle est continue, elle indique une transition du second ordre selon la théorie de Landau, car le degré d’ordre tend continûment vers zéro lorsque la température augmente.

Polarisation spontanée en fonction de la température dans les matériaux ferroélectriques.
Polarisation spontanée en fonction de la température dans les matériaux ferroélectriques.

On distingue généralement deux sortes de transitions ferroélectriques :

  • La transition ordre-désordre : généralement, dans la phase paraélectrique les mailles du cristal ont un moment dipolaire sans orientation privilégiée car les dipôles permanents sont parfaitement désordonnés ; la polarisation macroscopique est donc nulle. Au contraire dans la phase ferroélectrique les moments dipolaires des différentes mailles présentent un ordre orientationnel.
  • La transition displacive (de l’anglais displace qui veut dire déplacer) : le moment dipolaire est inexistant dans la phase paraélectrique, même au point de vue microscopique, généralement pour des raisons de symétrie cristalline (le matériau est alors dans sa phase cubique). Il apparaît au moment de la transition car le déplacement des atomes crée des dipôles orientés selon l’axe de déplacement.

Ces deux modèles de transitions sont des modèles idéalisés. Dans un système réel, on peut trouver des transitions de phases qui présente des caractéristiques. On a longtemps considéré que le titanate de plomb était l'exemple type d'une transition displacive, toutefois des aspects caractéristiques d'une transition ordre-désordre ont également été mis en évidence et sont encore sujet à discussion[1].

[modifier] Notes et références

  1. Pour un travail récent sur la question, voir par exemple Young-Han Shin et al., Order-Disorder character of PbTiO3, Journal of Physics: Condensed Matter 20, 015224 (2008).