مواد پیزوالکتریک : مواد پیزوالکتریک قادرند انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی و بالعکس تبدیل کنند. به این صورت که هنگامی که بر مواد پیزوالکتریک، تنش مکانیکی اعمال شود، (ماده تحت کشش یا تنش) این امر موجب ایجاد میدان الکتریکی در این مواد می‌شود. بطور عکس نیز اعمال یک میدان الکتریکی موجب ایجاد فشار مکانیکی (فشردگی یا کشیدگی) در این گونه مواد می‌شود .
این پدیده در بلورهایی شکل می‌گیرد، که تقارن مرکزی ندارند. اینگونه بلورها دارای مولکول هایی با دو قطب مثبت و منفی بوده و در اصطلاح به اینگونه مولکول‌ها، مولکول‌های دوقطبی گفته می‌شوند. روی این مولکول‌ها محورهایی را فرض میکنیم؛ محورهای فرضی که، محور دوقطبی نامیده می‌شوند و مرکز بارها را کنترل می کنند.
در یک بلور یگانه محورهای قطبی، تمام دوقطبی ها در یک راستا قرار می‌گیرند. اینگونه بلورها متقارن‌اند، زیرا اگر شما از هرنقطه ای آنها را قطع کنید، محورهای قطبی منقطع شده نتیجتاً در یک راستا قرار می‌گیرند. در بلورهای چندتایی که دارای نواحی متفاوتی هستند، محورهای قطبی تقارن ندارند زیرا در هیچ نقطه ای در اینگونه بلورها در صورت انقطاع، محورهای قطبی هم‌راستا نیستند.
در شکل زیر جهت‌گیری دو قطبیها در بلور چندگانه سمت راست و بلور یگانه در سمت چپ را می‌بینید:
مواد پیزوالکتریک
اثر پیزوالکتریک تنها در مواد غیرهادی رخ میدهد و بطور گسترده اینگونه بیان می‌گردد که مواد پیزوالکتریک به دو گروه کریستال‌ها و سرامیک‌ها تقسیم می‌شوند[1].
مواد مولتی فروئیک (Multiferroic)
مولتی فروئیکها موادیاند که به طور همزمان دارای حداقل دو نظم از نظمهای فروئیک اصلی در یک فازند [2]. از موارد مهم در مورد مولتی فروئیکها می توان به حوزه های قابل تغییر (تغییر در نقطه تقارن) و لزوما زوج نبودن آنها اشاره کرد [3].
چهار نظم فروئیک اصلی عبارت است از: نظم فرو مغناطیس، نظم فرو الکتریک، نظم فروالاستیک و نظم فروترویدیک.
به طور مثال:
مواد پیزوالکتریک
مواد پیزوالکتریک
مواد پیزوالکتریک
مواد پیزوالکتریک
در مولتی فروئیکها با حضور چند نظم از نظمهای فروئیکی به طور همزمان، چندین حالت مغناطش ، قطبیدگی، الاستیکی و ترویدیکی به وجود خواهد آمد. استفاده از ترکیب این نظمها در صورت کاربردی شدن این مواد، راندمان کاری را به شدت افزایش میدهد.
البته تلاشها همچنان ادامه دارد و هنوز ماده ای شناخته نشده که تزویج قوی بین دو نظم فروئیکی را به طور کامل دارا باشد. اکثر مولتی فروئیکهای شناخته شده ضعیف که هدف بیشتر تحقیقات اخیرند منگنات های شش گوشی و پروسکات های پایه بیسموت هستند مثل BiFeO3 (تنها ماده مولتی فروئیک تک فاز، با دمای کوری 1103 درجه کلوین) بنابراین در دمای محیط، هر دو نظم فروالکتریکی و فرومغناطیسی (پاد فرومغناطیسی) را به طور همزمان داراست [2].
تئوری تابع چگالی (DFT)
برای بررسی علت رفتار فروالکتریک و خواص پیزوالکتریک از یک روش تئوری که مبتنی بر نظریه های محاسباتی اولیه و بر اساس فیزیک بنیادی است استفاده می شود که به ورودی تجربی دیگری از مواد شیمیایی (بارهای هسته) نیاز ندارد. و اکثر نظریه های محاسباتی اولیه مبتنی بر تئوری تابع چگالی (DFT) است. که در نظریه DFT انرژی برای هر پیکربندی از اتمها با حل مجموعه ای از معادلات موثر شرودینگر با یک پتانسیل موثر محاسبه می شود. نیروها، فرکانسهای فونونی، بارهای موثر، ثابتهای دیالکتریک، ثابتهای الاستیک، ثابتهای پیزوالکتریک و قطبش همگی به طور مستقیم برای ساختارهای تعریف شده در شبکه استاتیک قابل محاسبه اند.
مطالعات نظریه های اولیه باعث پیشرفتهای عمده ای در درک ما از مواد پیزوالکتریک شد و نشان داد که فروالکتریسیته نتیجه رقابت بین نیروهای بلند برد و کوتاه برد است. مواد پیزوالکتریک در جهت فهم نظریه جدید قطبش و نظریه عایقها تحت میدانهای الکتریکی توسعه یافتند[4].
هدف کلی از پژوهش محاسباتی پیزوالکتریکها:
۱- کمک به درک بهتر آزمایشات
۲- کمک به آزمایشات راهنما
۳- پیش بینی مواد جدید
:Refrences
[1] www.tebyan.net
[2] بصیری م ، 1391، پایان نامه ارشد:”تاثیر افزودن عنصر لانتانیوم بر ویژگیهای ساختاری، الکتریکی و مغناطیسی نانو ذرات فریت بیسموت تولید شده به روش هم رسوبی”، دانشکده مهندسی و علم مواد گروه الکتروسرامیک، دانشگاه صنعتی شیراز,
[3] Claude Ederer, “First principles studies of multiferroic materials”, School of Physics, Trinity College Dublin,
[4] Ronald Cohen, “First Principles Theories of Piezoelectric Materials”, Carnegie Institution of Washington.
