Ferroelektrizität

Ferroelektrizität, Eigenschaft bestimmter nichtleitender Kristalle oder Dielektrika, die eine spontane elektrische Polarisation aufweisen (Trennung der Zentren positiver und negativer elektrischer Ladung, wodurch eine Seite des Kristalls positiv und die gegenüberliegende Seite negativ wird), die durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes in ihrer Richtung umgekehrt werden kann. Die Ferroelektrizität wurde in Analogie zum Ferromagnetismus benannt, der in Materialien wie Eisen auftritt. Eisenatome, die winzige Magnete sind, ordnen sich spontan in Clustern an, die als ferromagnetische Domänen bezeichnet werden und die ihrerseits durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes vorwiegend in eine bestimmte Richtung ausgerichtet werden können.

Ferroelektrische Materialien – zum Beispiel Bariumtitanat (BaTiO3) und Rochelle-Salz – bestehen aus Kristallen, deren Struktureinheiten winzige elektrische Dipole sind; das heißt, in jeder Einheit sind die Zentren der positiven und der negativen Ladung leicht voneinander getrennt. In einigen Kristallen reihen sich diese elektrischen Dipole spontan in Clustern auf, die Domänen genannt werden, und in ferroelektrischen Kristallen können die Domänen durch ein starkes äußeres elektrisches Feld vorwiegend in eine Richtung ausgerichtet werden. Eine Umkehrung des äußeren Feldes kehrt die vorherrschende Ausrichtung der ferroelektrischen Domänen um, wobei die Umschaltung auf eine neue Richtung etwas hinter der Änderung des äußeren elektrischen Feldes zurückbleibt. Diese Verzögerung der elektrischen Polarisation hinter dem angelegten elektrischen Feld ist die ferroelektrische Hysterese, die in Analogie zur ferromagnetischen Hysterese genannt wird.

Die Ferroelektrizität hört in einem bestimmten Material oberhalb einer charakteristischen Temperatur, der so genannten Curie-Temperatur, auf, weil die Wärme die Dipole ausreichend bewegt, um die Kräfte zu überwinden, die sie spontan ausrichten.