Electromechanical and electrocaloric properties of antiferroelectric PbZrO3

Els antiferroelèctrics són materials no polars que, sota un camp elèctric, canvien a una fase ferroelèctrica (polar), mostrant una característic cicle d’ histèresi doble de polarització-voltatge. Actualment aquests materials s’estan estudiant intensament, tant des del punt de vista fonamental, per entendre quin és l’origen d’aquest comportament, com des del punt de vista pràctic, ja que la seva resposta funcional és útilper a l’emmagatzematge d’energia electrostàtica i prometedora per a aplicacions en la transducció electromecànica i la refrigeració electrocalórica. L’interès de l’efecte electrocalòric (ECE) dels antiferroeléctrics prové de la gran magnitud de les seves respostes ECE i de la seva anòmala resposta ECE negativa, per la qual el material es refreda quan s’aplica un voltatge, i s’escalfa quan se’l retira. En aquesta tesi investigo els efectes flexoelèctrics, electrocalòrics i de dinàmica de transició dels antiferroelèctrics. L’interès en aquestes dues propietats concretes és múltiple. Des d’un punt de vista fonamental, la flexoelectricitat és rellevant perquè s’ha proposat com a explicació de la disposició antiparalela dels dípols i, per tant, de l’origen de la antiferroelectricidad. Alhora, el desplaçament antiparal·lel dipolar és a la base d’un dels dos models teòrics que competeixen entre si i que intenten explicar l’efecte electrocalórico anòmal dels antiferroeléctrics. Les conclusions de la meva recerca s’extrapol·len directament a una discussió sobre com s’han d’entendre físicament els antiferroeléctrics: des d’una perspectiva estructural, com a desplaçaments antiparal·lels dels ions a la xarxa? O des d’una visió energètica entre les fases antiferroelèctrica i ferroelèctrica? Els nostres resultats suggereixen que aquesta última és la visió més acurada. Passant dels fonaments a les posibles aplicacions, aquest treball també explora la magnitud, la dinàmica i el rang de temperatura d’aplicabilitat de l’efecte electrocalóric anòmal dels antiferroelèctrics. Per acabar, presento també resultats sobre el creixement de pel·lícules primes antiferroelèctriques de PbZrO3 i la caracterització de les seves funcionalitats elèctriques i electromecàniques. Los antiferroeléctricos son materiales no polares que, bajo un campo eléctrico, cambian a una naturaleza ferroeléctrica (polar), mostrando así la característica histéresis doble de polarización-voltaje. Actualmente se están estudiando intensamente, tanto desde el punto de vista fundamental, para inves