Présentation
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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Progrès sur les matériaux ferroélectriques en couches minces3. Ferroélectricité et applications optiques
3.1 Motivation
Bien que de nombreux cristaux aient des propriétés optiques non linéaires, sans être ferroélectriques, il est bon de rappeler que la polarisation rémanente augmente les valeurs des composantes des tenseurs d’ordre 2 et 3 par rapport à celles des cristaux non centrosymétriques, non polaires. De plus, la qualité cristalline, la transparence de certaines céramiques, par exemple celle obtenue par addition de lanthane au PZT (PLZT), la variété du choix des matériaux par des substitutions judicieusement choisies même à l’état de couches minces ont fait de tels progrès qu’il est justifié d’en mentionner l’apport pour le doublage de fréquences, les effets électro-optiques et la photoréfractivité dans un papier consacré à la ferroélectricité et à ses applications. Nous nous contenterons d’exposer brièvement la non-linéarité optique de quelques ferroélectriques de développements récents et le couplage 2 ondes dans des photoréfractifs prometteurs.
HAUT DE PAGE3.2 Effets non linéaires optiques
Lorsqu’une onde électromagnétique traverse un diélectrique transparent, une polarisation est induite dans le milieu par le champ électrique sinusoïdal
de l’onde ; les électrons sont les seules charges à pouvoir suivre à ces fréquences élevées (ω ≈ 1015 rad /s) ; la polarisation est donc électronique.
Si le champ électromagnétique est assez intense pour que des effets non linéaires existent, on développe la polarisation en fonction des composantes de champ électrique, en série de Taylor :
avec sommation sur les indices répétés en bas et en haut.
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Le premier terme de cette somme est constant ; c’est la polarisation sous champ nul qui n’existe que dans un milieu ferroélectrique.
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Le...
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