Flexoelectricity in single crystals

En terminos generales, la flexoelectricidad es la respuesta de la polarizacion a un gradiente de deformacion. A diferencia del efecto piezoelectrico, este efecto esta presente en todos los materiales independientemente de su estructura cristalina. En esta tesis doctoral, hemos estudiado la polarizacion inducida por deformacion en cristales dielectricos y semiconductores, la cual surge desde dos mecanismos: flexoelectricidad macroscopica y flexoelectricidad superficial. Los dos mecanismos son del mismo orden en dielectricos normales y hasta ahora sus respectivas contribuciones han sido indistinguibles entre ellas. La investigacion desarrollada en esta tesis muestra que es posible separar las dos contribuciones, ademas de mostrar que la deformacion induce reorientacion de las nanoregiones polares las cuales tambien pueden incrementar el coeficiente flexoelectrico efectivo sobre el valor intrinseco. La polarizacion puede ser generada por la separacion de las cargas enlazadas entre los atomos o la celda unidad, pero tambien por la separacion de cargas superficiales debido a las cargas libres. Hasta ahora cuando se refiere a flexoelectricidad, unicamente es tomada en cuenta la respuesta de las cargas enlazadas; sin embargo, en esta tesis doctoral se ha reportado que la polarizacion debida a las cargas libres tambien pueden contribuir, generando una gran respuesta flexoelectrica efectiva en materiales semiconductores. Antes de esta investigacion, habian numerosas controversias respecto a la verdadera magnitud del coeficiente flexoelectrico y el origen de la discrepancia entre los valores predichos teoricamente y experimentalmente. En el presente trabajo hemos buscado dilucidar esta situacion y cuantificar el valor intrinseco del coeficiente flexoelectrico e identificar el origen de contribuciones adicionales a este. El mensaje principal de esta tesis es que el coeficiente macroscopico flexoelectrico efectivo permanece en valores relativamente pequeno con un riguroso limite superior de f ? 10V para el coeficiente de flexoacoplo de incluso los mejores materiales, pero hay otra gran cantidad de fenomenos de polarizacion inducida debida a gradientes de deformacion que pueden incrementar la respuesta total de este: nanoregiones polares, piezoelectricidad superficial y movimiento de cargas libres son las tres que hemos identificado, pero no descartamos la existencia de otras. Entre estos, la incorporacion de cargas libres a la respuesta flexoelectrica total en semiconductores es cuantitativamente la mas grande y la mas prometedora dando lugar a aplicaciones macroscopicas debida a su elevada magnitud del coeficiente flexoelectrico y permitiendo a su vez que compita con la piezoelectricidad.