Piesoelektrilised ja ferroelektrilised materjalid

Pigista tavalist metalliplokki ja mitte midagi elektrilist ei juhtu — selle kristallstruktuuril on sümmeetriakeskus, mistõttu igasugune sisemine laengu nihe tühistub üldiselt. Pigista kristalli, nagu kvarts, millel see sümmeetria puudub, ja lugu on teine: kokkusurumine lükkab positiivse ja negatiivse laengu keskmed igas elementaarrakus üksteisest lahku, ja need pisikesed nihked liituvad kogu kristalli ulatuses mõõdetavaks pingeks selle tahkude vahel. See on piesoelektriline efekt, ja see ei ole ühesuunaline trikk: käivita see vastupidises suunas, rakendades sama kristalli vahel pinge, ja see deformeerub kergelt vastuseks. Just see vastupidine efekt käivitab piesoelektrilisi aktuaatoreid, ultraheliandureid ja kvartskella suminat, samas kui edaspidine efekt teeb piesoelektrilistest materjalidest kasulikud jõu- ja vibratsioonisensorid, tulemasinad ja mikrofonipeakid.

Ferroelektrilised materjalid on ehitatud samale sümmeetriapuuduse ideele, kuid viidud sammu kaugemale. Ferroelektrilises kristallis, nagu baariumtitanaat, on positiivse ja negatiivse laengu keskmed nihutatud ka ilma välise väljata, andes materjalile püsiva, spontaanse elektrilise polarisatsiooni — ja oluline on, et selle polarisatsiooni suunda saab piisavalt tugeva rakendatud väljaga ümber pöörata ja see jääb pärast välja eemaldamist pöördunuks. See on otsene elektriline paralleel ferromagnetismile: ferroelektrilistel materjalidel on domeenid, polarisatsiooni-välja hüsereesitsükkel ja Curie temperatuur, millest kõrgemal spontaanne polarisatsioon kaob ja materjal muutub tavaliseks (paraelektriliseks) dielektrikuks.

Just see säilinud, ümberpööratav polarisatsioon teeb ferroelektrikutest kasulikud mittelenduva mälu jaoks: bitti saab säilitada ühena kahest stabiilsest polarisatsioonisuunast, ja see jääb säilinuks ka toite väljalülitamisel, samamoodi nagu püsimagnet jääb magnetiseerituks ilma välja hoidmata.