Feroelektrisitas

Artikel ini mengandung terlalu banyak istilah teknis. Tolong bantu mengembangkannya agar dapat dipahami oleh orang awam, tanpa harus menghilangkan aspek teknisnya. (Pelajari cara dan kapan saatnya untuk menghapus pesan templat ini)

Dalam fisika dan teknik material, feroelektrisitas adalah sifat yang dimiliki oleh material tertentu yang menunjukkan polarisasi listrik spontan, yaitu penyelarasan muatan listrik internal yang terbentuk secara alami tanpa adanya sumber atau medan listrik dari luar. Polarisasi ini dapat dibalik arahnya dengan memberikan medan listrik eksternal.^[1]^[2]

Semua material feroelektrik juga bersifat piezoelektrik, yaitu mampu menghasilkan muatan listrik ketika mengalami tegangan atau tekanan mekanis, serta piroelektrik, yaitu mampu menghasilkan muatan listrik akibat perubahan suhu (pemanasan atau pendinginan). Ciri khas material feroelektrik adalah bahwa polarisasi listrik alaminya bersifat dapat dibalik (reversibel) melalui penerapan medan listrik eksternal.

Istilah feroelektrisitas diperkenalkan berdasarkan analogi dengan feromagnetisme, yaitu sifat material yang memiliki momen magnetik permanen. Feromagnetisme telah dikenal dengan baik ketika fenomena feroelektrisitas pertama kali diamati pada tahun 1920 pada kristal garam Rochelle oleh fisikawan Amerika Joseph Valasek.^[3] Awalan fero (berarti besi) tetap digunakan meskipun sebagian besar material feroelektrik tidak mengandung unsur besi.

Material yang memiliki sifat feroelektrik sekaligus feromagnetik dikenal sebagai multiferoik. Material ini menjadi perhatian khusus dalam penelitian karena menggabungkan keteraturan listrik dan keteraturan magnetik dalam satu sistem.

Polarisasi

Ketika sebagian besar material mengalami polarisasi listrik, polarisasi terinduksi P hampir selalu berbanding lurus dengan medan listrik eksternal E yang diberikan, sehingga polarisasi merupakan fungsi linear terhadap medan listrik. Fenomena ini disebut polarisasi dielektrik linear (lihat gambar). Namun, beberapa material yang dikenal sebagai material paraelektrik^[4] menunjukkan polarisasi nonlinear yang lebih nyata (lihat gambar). Pada material tersebut, permitivitas listrik, yang berkaitan dengan kemiringan kurva polarisasi, tidak lagi bernilai konstan seperti pada dielektrik linear, melainkan bergantung pada besar medan listrik eksternal.

Selain menunjukkan perilaku nonlinear, material feroelektrik memiliki polarisasi spontan yang bernilai tidak nol (setelah proses entrainment atau penyelarasan domain, lihat gambar), bahkan ketika medan listrik yang diberikan E sama dengan nol. Ciri khas material feroelektrik adalah bahwa polarisasi spontan tersebut dapat dibalik arahnya dengan menerapkan medan listrik yang cukup kuat ke arah yang berlawanan. Oleh karena itu, polarisasi tidak hanya bergantung pada medan listrik yang sedang diberikan, tetapi juga pada riwayat medan listrik yang pernah dialami material tersebut, sehingga menghasilkan kurva histeresis. Material ini disebut feroelektrik karena sifatnya dianalogikan dengan material feromagnetik, yang memiliki magnetisasi spontan dan juga memperlihatkan kurva histeresis yang serupa.

Pada umumnya, material hanya menunjukkan sifat feroelektrik pada suhu di bawah suatu suhu transisi fase yang disebut suhu Curie (T_C). Di atas suhu ini, material berada dalam keadaan paraelektrik. Pada kondisi tersebut, polarisasi spontan menghilang dan kristal feroelektrik mengalami transformasi menjadi fase paraelektrik. Banyak material feroelektrik juga kehilangan sifat piroelektriknya sepenuhnya di atas T_C karena fase paraelektriknya memiliki struktur kristal yang bersimetri pusat.^[5]

Lihat pula

Kapasitor feroelektrik
RAM feroelektrik – Jenis memori komputer nonvolatil berbasis material feroelektrik
Polimer feroelektrik – Kelompok polimer kristalin polar yang juga memiliki sifat feroelektrik
Pencitraan fotoelektrik – Teknik pencitraan yang memanfaatkan material feroelektrik

Fisika

Paraelektrisitas – Sifat bahan isolator listrik yang dapat dipolarisasi oleh medan listrik yang diberikan
Piezoelektrisitas – Fenomena timbulnya muatan listrik pada material tertentu akibat tegangan atau tekanan mekanis
Piroelektrisitas – Fenomena timbulnya tegangan atau muatan listrik akibat perubahan suhu pada suatu kristal
Antiferoelektrisitas – Sifat material yang memiliki polarisasi listrik intrinsik yang saling berlawanan sehingga saling meniadakan
Feroelastisitas – Sifat material yang memiliki orientasi regangan spontan yang dapat dibalik oleh tegangan mekanis
Fleksoelektrisitas – Fenomena munculnya polarisasi listrik akibat gradien regangan
Fisika materi terkondensasi – Cabang fisika yang mempelajari sifat-sifat zat terkondensasi, seperti padatan dan cairan
Spintronika – Cabang elektronika keadaan padat yang memanfaatkan spin elektron selain muatan listriknya
Multiferoik – Material yang menunjukkan satu atau lebih sifat feroik, seperti feromagnetisme, feroelektrisitas, dan/atau feroelastisitas
Keramik – Material anorganik nonlogam yang dibuat melalui proses pemanasan pada suhu tinggi

Referensi

↑ Werner Känzig (1957). "Ferroelectrics and Antiferroelectrics". Dalam Frederick Seitz; T. P. Das; David Turnbull; E. L. Hahn (ed.). Solid State Physics. Vol. 4. Academic Press. hlm. 5. OCLC 301369749.
↑ M. Lines; A. Glass (1979). Principles and applications of ferroelectrics and related materials. Clarendon Press, Oxford. ISBN 978-0-19-851286-8.
↑ See J. Valasek (1920). "Piezoelectric and allied phenomena in Rochelle salt". Physical Review. 15 (6): 537. Bibcode:1920PhRv...15..505.. doi:10.1103/PhysRev.15.505. and J. Valasek (1921). "Piezo-Electric and Allied Phenomena in Rochelle Salt". Physical Review. 17 (4): 475. Bibcode:1921PhRv...17..475V. doi:10.1103/PhysRev.17.475. hdl:11299/179514.
↑ Chiang, Y. et al.: Physical Ceramics, John Wiley & Sons 1997, New York
↑ Safari, Ahmad (2008). Piezoelectric and acoustic materials for transducer applications. Springer Science & Business Media. hlm. 21. Bibcode:2008pamt.book.....S. ISBN 978-0-387-76540-2.

Bacaan lebih lanjut

A. S. Sidorkin (2006). Domain Structure in Ferroelectrics and Related Materials. Cambridge University Press. ISBN 978-1-904602-14-9.
Karin M Rabe; Jean-Marc Triscone; Charles H Ahn (2007). Physics of Ferroelectrics: A modern perspective. Springer. ISBN 978-3-540-34591-6.
Julio A. Gonzalo (2006). Effective Field Approach to Phase Transitions and Some Applications to Ferroelectrics. World Scientific. ISBN 978-981-256-875-5.