Investigación multinacional detectó el fenómeno de antiferroelectricidad por primera vez en materiales PLZT

La Academia de Ciencias de Cuba, una de las más antiguas en América Latina, otorgó el Premio Nacional 2010 a la doctora María Eugenia Mendoza Álvarez, profeso ra e investigadora del Instituto de Física “Luis Rivera Terrazas” de la BUAP, por su participación en la investigación científica multinacional denominada “Antiferroelectricidad: fenomenología y coexistencia de fases”.

Desarrollada por grupos científicos de las universidades de La Habana, Cuba; Federal de Uberlandia y Estadual Paulista, ambas en Brasil; Autónoma de Puebla, en México; Manchester y Glasgow, en el Reino Unido.

La doctora Mendoza Álvarez resaltó que la principal contribución del proyecto, merecedor del Premio Nacional 2010, es “la detección de antiferroelectricidad en un óxido mixto -formado por iones de Plomo, Lantano, Circonio y Titanio-, fenómeno que se detectó con estudios de microscopia con luz polarizada, difracción de rayos X, respuesta dieléctrica e histéresis ferroeléctrica”.

La investigadora explicó que la ferroelectricidad es un fenómeno que presentan algunos materiales dieléctricos con estructura polar, en ella se generan dipolos a nivel microscópico que a su vez producen al menos dos estados orientacionales, los cuales pueden ser conmutados con la aplicación de un campo eléctrico. El efecto físico macroscópico es la producción de una polarización espontánea medible.

“Cuando el material es ferroeléctrico todos los vectores de polarización están orientados en la misma dirección; en un material antiferroeléctrico los vectores son antiparalelos”.

Diseño de sensores y transductores: Mendoza Álvarez informó que esta investigación, que se realiza desde 2006, “consiste en estudiar un conjunto de materiales denominados óxidos mixtos a base de plomo y tierras raras, su siglas son PLZT y presentan un conjunto de propiedades conocidas como ferroelectricidad y antiferroelectricidad”.

“En otras palabras, como los ferroeléctricos presentan una polarización espontánea o carga eléctrica en ciertas condiciones de temperatura y presión, se utilizan para fabricar sensores y transductores, estos últimos son componentes que convierten la energía mecánica en eléctrica y su aplicación es altísima dentro de la electrónica”.

“Los ferroeléctricos pertenecen a los materiales denominados ferroicos, que a su vez pertenecen al grupo de los llamados componentes inteligentes, que tienen la habilidad para detectar y responder a cambios en el medio, por ejemplo en la temperatura, presión, composición o aceleración”.

Señaló que en 2010 se presentó el conjunto de resultados de este trabajo, que integra síntesis, preparación de materiales y estudio de propiedades eléctricas y ópticas, que dieron lugar a ocho publicaciones en revistas internacionales especializadas.

Trabajo especializado en el IFUAP: En esta investigación, el Instituto de Física de la Máxima Casa de Estudios de la entidad, se dedicó a la caracterización vía microscopía de luz polarizada, estudios de difracción de rayos X y de propiedades térmicas.

Se estudió su estructura cristalina, es decir, el arreglo espacial de los componentes del material, que es determinante en la ferroelectricidad y antiferroelectricidad.

“Algunas de las muestras que se prepararon tenían la estructura no perfecta, es decir, con huecos o vacancias en diferentes sitios de su arreglo”, agregó la doctora Mendoza Álvarez.

Para conocer la estructura de los cristales, la cristalografía juega un papel importante ya que es la disciplina que estudia el arreglo espacial de los iones, átomos o moléculas que constituyen el material, porque las propiedades físicas, químicas e incluso la función biológica de los cristales dependen de la estructura.

“En muchos materiales como los semiconductores, los superconductores o los ferroicos, la presencia de vacancias o huecos en el arreglo espacial influye fuertemente en las propiedades, ya que se pueden diseñar nuevos huecos para alterar así sus propiedades y generar mejores materiales”.

Con estudios mediante calorimetría diferencial de barrido modulada, una técnica con equipamiento en el laboratorio de Estudios Cristalográficos del Instituto de Física, también se detectó la alteración de la señal térmica cuando se tiene un arreglo con determinado tipo de huecos.

Estos resultados fueron publicados en la revista internacional Physica B, donde se expuso la influencia de las vacancias en las propiedades dieléctricas y estructurales del sistema PLZT.

Expuso que el trabajo que realiza este grupo multinacional de investigación es complementario, ya que los cubanos se dedican a la síntesis de materiales y propiedades dieléctricas; mientras que en Inglaterra y Brasil se efectúan otros estudios de propiedades eléctricas.

La doctora María Eugenia Mendoza Álvarez puntualizó que esta investigación permitió avanzar a cada una de las instituciones participantes, teniendo así presencia a nivel internacional en el ámbito de la Física.