Ferroïsche

Ferroïsche materialen vormen een groep in de vaste-stoffysica die wordt gekenmerkt door een spontane ordening van een ordeparameter die onder invloed van een extern veld, temperatuur of mechanische spanning omkeerbaar kan worden gericht of verplaatst. De term omvat uiteenlopende ferroïsche ordingen, zoals ferromagnetische ordening (spontane magnetisatie), ferroelectriciteit (spontane elektrische polarisatie) en ferroelasticiteit (spontane vervorming). Sommige materialen vertonen meer dan één ferroïsche orde tegelijk, wat ze multiferroïsch maakt.

Kenmerkend voor ferroïsche materialen zijn domeinstructuren: regio’s waarin de ordeparameter uniform is. Bij verandering van het externe veld, de temperatuur of de spanning kunnen domeinen verschuiven of van richting veranderen, wat gepaard gaat met hysterese. Domeinwanden scheiden deze verschillende gebieden en de omkering vereist vaak een drempelwaarde, zoals een coercief veld of spanning.

Toepassingen van ferroïsche materialen zijn divers. Ferromagnetische materialen vormen de basis voor magnetische opslag en geleiding van magnetische signalen. Ferroelectriciteit maakt niet-vluchtige geheugen- en logische toepassingen mogelijk (FeRAM) en levert piezo-elektrische sensoren en actuatoren. Ferro-elastische materialen tonen door mechanische spanning grote, omkeerbare vervormingen en worden gebruikt in actuatoren en vorm-geheugenstoorten. Veel hedendaagse technologieën profiteren bovendien van multiferroïsche materialen die elektrische en magnetische eigenschappen kunnen koppelen voor energiebesparing en novel interfaces.

Enkele bekende voorbeelden zijn ferromagnetische materialen zoals ijzer, kobalt en nikkel, waaronder neodymium-ijzer-boron magneten; ferroelectrics zoals bariumtitaat (BaTiO3) en lead-zirno-titaat (PZT); en ferro-elastische materialen en multiferroïsche systemen zoals BiFeO3. Ferroïsche materialen vormen een centraal onderzoeksgebied in materiaalkunde met brede toepassingsmogelijkheden.