Electromechanical and electrocaloric properties of antiferroelectric PbZrO3

Abstract

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 investigar cuál es el origen y el comportamiento de su respuesta funcional, como desde el punto de vista práctico, ya que son adecuados para el almacenamiento de energía electrostática y prometedores para aplicaciones en la transducción electromecánica y la refrigeración electrocalórica. El interés del efecto electrocalórico (ECE) de los antiferroeléctricos proviene de la gran magnitud de sus respuestas ECE y de su exótica respuesta ECE negativa, en la que el material se enfría cuando se aplica un step de voltaje, y se calienta cuando se retira. En esta tesis investigo los efectos flexoeléctricos y electrocalóricos y de dinámica de los antiferroeléctricos. El interés de estas dos propiedades específicas es múltiple. Desde un punto de vista fundamental, la flexoelectricidad es relevante ya que se ha propuesto como explicación de la disposición antiparalela de los dipolos y, por tanto, del origen de la antiferroelectricidad. A su vez, el desplazamiento antiparalelo dipolar está en la base de uno de los dos modelos que compiten entre sí y que pretenden explicar el efecto electrocalórico anómalo de los antiferroeléctricos. Las conclusiones se extrapolan directamente a una discusión sobre cómo deben entenderse físicamente los antiferroeléctricos: ¿desde una perspectiva estructural, como desplazamientos antiparalelos de los iones en la red? ¿O desde una visión energética entre las fases antiferroeléctrica y ferroeléctrica? Nuestros resultados sugieren que esta última es la visión más útil. Pasando de los fundamentos a las aplicaciones potenciales, el presente trabajo también explora la magnitud, la dinámica y el rango de temperatura de aplicabilidad del efecto electrocalórico anómalo de los antiferroeléctricos. Finalmente, presento resultados preliminares sobre el crecimiento de películas delgadas antiferroeléctricas de PbZrO3 y sus funcionalidades eléctricas y electromecánicas.

Date of Award	2 Jun 2021
Original language	English
Supervisor	Catalán Bernabé Gustau (Director) & Jordi Sort Viñas (Tutor)