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Auteur(s)
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Geneviève GODEFROY : Professeur émérite à l’Université de Bourgogne - Laboratoire de physique URA / CNRS n 1796 – Dijon
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Lire l’articleINTRODUCTION
La découverte du premier ferroélectrique utilisé à l’époque pour ses vertus curatives, sel de Seignette ou sel de Rochelle, tartrate double de sodium et potassium hydraté remonte à 1 655. Néanmoins, la ferroélectricité présente encore des aspects actuels très intéressants tant sur le plan fondamental que pour les applications qui se développent dans les domaines électronique et optique. Sont ferroélectriques des composés polyatomiques très polarisables non centrosymétriques, dans lesquels existe un champ électrique local très fort, non nul même en l’absence de champ électrique appliqué, dû à une polarisation rémanente. Celle-ci peut être changée de sens sous l’action d’un champ électrique dont la valeur est supérieure à un certain seuil, appelé champ coercitif. Polarisation rémanente et champ coercitif sont les deux données caractéristiques de la ferroélectricité : celles-ci sont mises en évidence sur le cycle d’hystérésis ferroélectrique. Ces propriétés spécifiques ne sont utilisées que dans deux types d’applications : les mémoires non volatiles et les diodes optiques.
En fait, ce sont plutôt la très grande polarisabilité et l’existence de la non-centrosymétrie entraînant la non-nullité des tenseurs d’ordre impair qui donnent une importance pratique aux ferroélectriques : fortes valeurs de la constante diélectrique (condensateurs), du coefficient pyroélectrique (détecteurs infrarouge), des constantes piézoélectriques (transducteurs, actuateurs), des coefficients non linéaires optiques (doubleurs) et des coefficients électro-optiques (modulateurs).
L’objet de ce chapitre est surtout de présenter les matériaux ferroélectriques dans un contexte théorique adapté à leurs utilisations dans les applications : un premier paragraphe est consacré à l’électronique, un deuxième beaucoup plus bref à l’optique et un troisième fait le point sur les couches minces ferroélectriques. Il n’est fait mention ni des méthodes de mesure des constantes physiques, ni de la technologie des dispositifs, ni de la fabrication des céramiques et cristaux, puisqu’on peut trouver toutes ces informations dans les articles spécialisés de la collection.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1985 par François MICHERON
- Version courante de déc. 2020 par Mario MAGLIONE, Catherine ELISSALDE
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Ferroélectricité et applications optiques2. Ferroélectricité et applications électroniques
2.1 Motivation
Les applications électroniques correspondent à l’utilisation de champs électriques de basse fréquence et reposent sur des propriétés qui se présentent clairement dans le cadre de la thermodynamique classique, d’où l’introduction de l’énergie libre et de l’enthalpie libre. Cela amènera de façon logique les grandeurs utiles dans les applications : polarisation rémanente, champ coercitif, susceptibilité diélectrique, coefficient pyroélectrique, constantes piézoélectriques. Un aperçu de l’aspect microscopique montrera l’importance de la non-centrosymétrie, précisera la nature de la transition de phase ferroélectrique-paraélectrique et la nécessité de rechercher des matériaux à forte polarisabilité et à fort couplage polaire. Les applications diélectriques, pyroélectriques et piézoélectriques seront rapidement résumées ici, car elles seront reprises avec des détails supplémentaires dans le paragraphe 4.
HAUT DE PAGE2.2 Choix des variables, énergie libre, théorie de Landau
La thermodynamique classique s’applique aux transformations réversibles, indépendantes du temps. On recherche une fonction thermodynamique pouvant décrire le comportement du solide dans les deux phases, ferroélectrique et paraélectrique, au voisinage de la température de transition de phase T 0 . La théorie des transitions de phase structurales est valable pour ce cas particulier ; l’expression la plus simple en est la théorie de Landau. Il convient de faire un choix convenable de variables indépendantes parmi celles qui décrivent l’état du solide : T température,
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