Ferromanyetizma ve Ferroelektrik Nedir?

Ferromanyetizma ve Ferroelektrik kavramları, mühendislikte farklı sektörlerde çok sık karşılaşılan kavramlar. Bu iki kavramı sizler için detaylarıyla ele aldık.

A- A+

22.12.2020 tarihli yazı 14887 kez okunmuştur.

Ferromanyetizma Nedir?

Ferromanyetizma bir manyetik alanın etkisine girdiğinde veya manyetik bir alan içerisinde yer aldığında, kendisini de manyetik bir malzeme olarak değiştirebiliyor yeni bir hal alıyor.

Ferromanyetik maddeler herhangi bir mıknatısın manyetik alanı içerisindeyken, manyetik alanın çizgileri ile kendisini de aynı yönde mıknatıslayabilen Demir, Kobalt, Nikel, Çelik gibi maddelerdir. Aynı zamanda manyetik alanın etkisinden çıkarılsalar dahi belli bir süre daha mıknatıslık özelliğini devam ettirebilmektedirler.

Ferroelektrik Malzemeler nasıl çalışır?

Ferromanyetik malzemeler, N/S kutuplarına sahip birçok bölgeden oluşurlar, malzemenin her yerine dağılmış küçük mıknatıslardır. Bir Ferromanyetik malzeme, manyetik alanın içine girdiğinde mıknatısın kutupları ile hizalanmaya başlar ve bu hizalanma sonucunda kendisi de mıknatıslık özelliği kazanır. Bu olay örgüsü aynı zamanda Ferroelektrik malzemeler içinde geçerlidir. Ferroelektrik malzemelerinde dipolleri olarak işlev gören çok sayıda alan ve kristale sahiptir. Bir dipol, kristal içinde ayrı bir pozitif ve negatif yüke sahip olduğu anlamına gelmektedir.

Bir elektrik alanı bu kristallere temas ettiğinde bütün dipoller hizaya gelmeye başlar ya da aynı yönde hareket ederek malzemeye bir bütün olarak pozitif ve negatif kutuplar verir. Bu işlemden sonra Ferroelektrik malzemeye uygulanan manyetik alan ortadan kaldırdıktan sonra da dipoller kazandıkları yeni yönlerde kalmaya devam ederler aslında bir hafızaya sahip olurlar. Bilim adamları bu hafızayı Histerez prensibi olarak tanıdırlar.

Hizterezis Prensibi

Alman araştırmacı ve bilim insanı Ferenc Preisach, 1935 yılında Ferroelektrik malzemelerdeki histerezisin gerçek nedenini bularak, ferroelektrik malzemelerdeki kristalleri histeron olarak tanımlamıştı. Bu histeronlar malzemenin dipol yönlerini değiştirebilirler ancak bu değişimi farklı hızlarda da yapabilirler ve her birini değiştirmek için gereken alan gücü, bir materyal boyunca farklıda olabilir. Yani bir ferroelektrik malzemede güçlü olan histeronun yanında zayıf bir histeron olabileceği anlamına gelmekte ve her ikisini de aynı hizaya getirebilmek için güçlü bir elektrik alanı gerekeceği anlamına gelmektedir.

►İlginizi Çekebilir: Ferrorezonans Nedir? Nasıl Önlenir?

Peki bir süredir tam bir bilmece olan Ferroelektrik davranışı için nasıl sorusunu Preisach modelinde nasıl tanımladı, neredeyse bir asır sonra 2018 yılında keşfedilene kadar. Araştırmacılar ferroelektrik malzemeleri detaylı bir şekilde gözlemlediler ve hemen hemen bir nanometre genişliğinde, birkaç nanometre uzunluğunda disk şeklindeki moleküllerin silindirik yığınlarını buldular. Bu yığınların histeron olduğu ve birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiği gösterildi. Bununla birlikte, her yığının farklı bir boyutu vardır. Bu nedenle, polarizasyon hızı, her bir yığının nanoyapısına ve yığınların birbiriyle etkileşim şekline bağlıdır.

Ferroelektrik Malzemelerin Uygulanması

Ferroelektrik malzemeler yakın zamana kadar bilgisayar bileşenleri için ideal malzemeler değillerdi ve bu sektör için kullanışlı değillerdi. Malzemelerin boyutlandırılmasında sorunlar ortaya çıkmaktaydı, bu da bir bilgisayara verimli bir şekilde sığacak boyutta üretilmesi neredeyse imkansız bir hal alıyordu. Ferroelektrik malzemeler ihtiyaç duyulan seviyeye kadar küçültüldüğünde hafıza özelliklerini kaybetmektedirler ve gerekli amaçlar için kullanılamamaktadırlar. Ancak 2018 yılında bilgisayar belleği için yeterince küçük bir ölçekte ferroelektrik malzemelerin oluşturulmasını detaylandıran bir çalışma yayınlandı.

Araştırmacıların üzerinde ferroelektrik kristalleri büyütebildikleri substrat da ferromanyetikti, yani teorik olarak, manyetik ve elektrik depolamayı aynı sürücüye yerleştirebilir ve bellek kapasitesini katlanarak artırabilirsiniz. Bu araştırma, ferroelektrik malzemeler ve olası büyük ölçekli bir uygulama için ileriye doğru atılmış büyük bir adım olsa da konseptin ticari olarak uygulanabilir ve ölçeklenebilir olması için yeterince geliştirilmeden önce daha gidilecek uzun bir yol olduğu aşikâr.

Ferroelektrik için Diğer Uygulamalar

Özellikle elektrik mühendisleri için ferroelektrik malzemeler için başka uygulamalar da var. Ferroelektrik malzemeler yüksek geçirgenlik sergileyebilirler, yani elektrik enerjisi depolamada iyi olabilirler. Bu, ferroelektrikleri ile üretilen kapasitörlerin oluşturulması için uygun bir malzeme zemini hazırlayabilir.

Kaynak:

► interestingengineering
► wikipedia

Yazar: Kadir Serhat Kılıç