Techniklexikon

Antiferroelektrizität

eine zum Antiferromagnetismus analoge Form der elektrischen Ordnung einiger Kristalle. Die antiferroelektrische Ordnung ist durch die Überlagerung mehrerer Teilgitter gekennzeichnet, die eine gleich starke, aber entgegengesetzte elektrische Polarisation aufweisen, so dass die makroskopische Gesamtpolarisation P null ist (Abb. 1 und 2). Dies kann z.B. eintreten, wenn benachbarte, in Linien angeordnete Dipolketten antiparallel zueinander verlaufen. Wenn sich die antiparallelen Momente nicht völlig aufheben, also eine endliche resultierende Polarisation besteht, spricht man von Ferrielektrizität.

Jedes Antiferroelektrikum besitzt eine Curie-Temperatur T_C, oberhalb derer beide Teilgitter unpolarisiert und völlig gleichwertig sind. Beispiele sind ADP-Kristalle wie Ammoniumdihydrogenphosphat oder einige Perowskite wie Bleizirkonat (PbZrO₃), Natriumniobat oder Bleihafnat.

Bei Bleizirkonat wurde die Antiferroelektrizität zuerst nachgewiesen. Es ist oberhalb von T_C = 230°C paraelektrisch mit kubischer Kristallstruktur (Paraelektrizität), unterhalb antiferroelektrisch mit orthorhombischer Struktur. Unterhalb von T_C gibt es weder Hysterese-Effekte noch eine permanente Polarisation, und e_r hat niedrige Werte, was die Antiferroelektrizität beweist. Andere Antiferroelektrika wie Natriumniobat besitzen z.T. mehrere verschiedene para- und antiferroelektrische Phasen.

Wie bei Ferroelektrika tritt auch bei Antiferroelektrika eine spontane Gitterdeformation auf, die auf der (ferroelektrischen) Deformation der beiden Teilgitter beruht (Ferroelektrizität). Durch Anlegen starker elektrischer Felder kann eine Phasenumwandlung von der antiferro- in die ferroelektrische Phase erzwungen werden. Hierbei kommt es zu einer charakteristischen Hystereseerscheinung (Abb. 3, Hysterese).

Anwendungstechnisch haben Antiferroelektrika Bedeutung als Speicherkondensatoren. Bei 40-50 kV/cm können bis zu 25 × 10 ^{- 6}As/cm² gespeichert werden. Ausserdem werden sie in elektroakustischen Umformern verwendet.

Antiferroelektrizität 1: Antiferroelektrische Ordnung in zwei Dimensionen anhand einer Perowskitstruktur.

Antiferroelektrizität 2: Modell des antiferroelektrischen Zustandes, T: Teilgitter mit ferroelektrischer Ordnung der Dipole.

Antiferroelektrizität 3: Charakteristische Hysteresekurve eines Antiferroelektrikums. P: Polarisation, E: elektrisches Feld, E_A: Feldstärke, bei der die antiferroelektrische Ordnung aufgehoben wird.