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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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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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Qu’est-ce que la ferroélectricité ?Article inclus dans l'offre
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5. Conclusion
La ferroélectricité se renouvelle dans ses aspects théoriques par le concept de paramètre d’ordre, notion très générale qui décrit aussi bien les transitions de phase ferroélectriques paraélectriques de type displacif ou ordre-désordre que des transitions de phase de toutes sortes. En ne donnant d’exemples qu’en ferroélectricité, on trouve l’influence des défauts, des surfaces, des inhomogénéités de composition sur les transitions de phase, aussi bien que les transitions de type relaxeur dans les solutions d’oxydes, ou les transitions vers les phases incommensurables quand plusieurs types d’interaction frustrantes se superposent : dans tous ces cas, en utilisant les dérivées du paramètre d’ordre (à 1 ou plusieurs composantes) par rapport aux variables d’espace, on trouve un cadre de présentation commun. De plus, la dynamique de réseau qui y est associée offre un riche ensemble de modèles permettant de prévoir les courbes de dispersion de phonons, directement accessibles expérimentalement par la diffusion inélastique de neutrons... Cela permet de tester les modèles ! Et les calculs de structure électronique et de grandeurs diélectriques ou optiques qui s’en déduisent, pour des ferroélectriques de plus en plus complexes, prévoient les tendances d’évolution des paramètres vers les substitutions les plus favorables comme il est montré dans les articles [22] [23].
Mais l’objet ici a été plutôt de s’intéresser aux progrès réalisés sur la qualité des matériaux ferroélectriques permettant d’utiliser au mieux leurs caractéristiques en vue des applications électroniques et optiques. Les propriétés purement ferroélectriques, existence de deux états de polarisation avec renversement sous champ électrique d’un état vers l’autre suivant un cycle d’hystérésis, ne sont utilisés dans la pratique, que depuis que l’on sait obtenir d’excellents films ferroélectriques : réalisation de mémoires non volatiles en titanozirconate de plomb ou titanate de plomb et lanthane, fabrication de diode et transistor optiques avec des cristaux liquides ferroélectriques.
Le renforcement des propriétés diélectriques et piézoélectriques par la ferroélectricité a trouvé son plein épanouissement avec l’essor de nouvelles céramiques à grains fins à base de titanate de baryum (hautes...
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