El Sulfato de Triglicina, (NH2CH2COOH)3 · H2SO4, es ferroeléctrico a temperatura ambiente (punto de grupo 2) y en alrededor de 323K se transforma en una fase centrosimétrica, paraeléctrica con el punto de grupo de 2/m. La transición es de segundo orden; la permitividad estática paralela a la dirección ferroeléctrica obedece la ley de Curie - Weiss a Tc superiores a 3× 105 ε0. En las inmediaciones de Tc, la dependencia de la temperatura de la polarización espontánea está dada por P s α (Tc -T) 1/2, de acuerdo con la teoría termodinámica. Las curvas para Ps (T) y ε0 / ε (T), que se determinan por experimentación, se muestran en la Figura 1.
Figura 1. Dependencia de la temperatura de la permitividad relativa recíproca ε0 / ε y de la polarización espontánea Ps del sulfato de triglicina cerca de Tc
El sulfato de triglicina se considera un excelente ejemplo de un ferroeléctrico uniaxial del tipo de orden-desorden. Esencialmente, la transformación se atribuye a la dinámica de un grupo glicina no plano, que en la fase paraeléctrica posee posiciones equivalentes en un potencial con un doble mínimo, dando lugar así a un plano de simetría cristalográfica de la estructura media. Los otros dos grupos de glicina de la fórmula unitaria son planas e imágenes en espejo. La no equivalencia de los grupos de glicina pueden poner al escribir el compuesto como
(NH2CH2COOH) · (NH3CH2COOH)2+ SO42-
El espectro de las fluctuaciones de polarización asociadas con los movimientos de los dipolos moleculares se pueden medir en la forma de la dependencia de la frecuencia de la permitividad compleja
ε (ω) =ε′ (ω) − iε′′ (ω)
En el caso del sulfato de triglicina, la dispersión de ε(ω) está bien descrito por la forma de Debye para una relajación,
ε(ω) = ε∞ + (εs−ε∞) / (1 + iωτ) (4)
La frecuencia fε = 1 / (2π τ)
Asimismo obedece una ley de Curie - Weiss y asume el papel de la frecuencia de relajación transversal suave en la ecuación (2). En el plano complejo ε, las gráficas de ε (ω) dadas por la ecuación (4) son semicírculos. La Figura 3 muestra las curvas para tres temperaturas.
Figura 2. Diagrama de la permitividad compleja relativa ε (ω) / ε0 del sulfato de triglicina a tres temperaturas
Muchos otros compuestos de glicina, como el seleniato de triglicina,
(NH2CH2COOH)3 · H2SeO4
y fluor berilato de triglicina,
(NH2CH2COOH)3 · H2BeF4
tienen propiedades similares a las del sulfato de triglicina. En cada caso los compuestos deuterados son ferroeléctrico. El aumento resultante en la temperatura de Curie es pequeño, 11 K en el caso de seleniato de triglicina, de modo que se considera que los puentes de hidrógeno en estas estructuras no juegan ningún papel especial en la transformación.
Preparación y Aplicaciones
Los cristales solubles en agua se preparan por los mismos procedimientos que fueron descriptos para el dihidrogenofosfato de potasio (ver). Si la tasa de crecimiento lineal es de alrededor de 0,5 mm / día, el crecimiento de un cristal único de 100g tarda diez semanas.
En virtud de sus excelentes propiedades piroeléctricas, el sulfato de triglicina se utiliza principalmente en la construcción de sensores de calor, detectores infrarrojos y transductores termográficos. Si se toma la cantidad p / (cpε) como la figura de mérito de un detector piroeléctrico, el sulfato de triglicina tiene un valor favorable a temperatura ambiente debido a su alto coeficiente piroeléctrico p = ∂P / ∂T y baja permitividad ε.
Figura 3. bucle de histéresis del arseniato de betaína ferroeléctrico (A) y del deuterio arseniato de betaína antiferroeléctrica (B)
Compuestos betaína
Las fases ferroeléctricas también existen para los compuestos del aminoácido betaína con diversos ácidos inorgánicos. El arseniato de betaína, (CH3) 3 NCH2 COO · H3 AsO4, es ferroeléctrico por debajo de Tc = 119 K. Deuterio arseniato de betaína, (CH3) 3NCH2COO · D3AsO4, tiene una temperatura de transición 53 K superior, lo que sugiere un papel importante de los enlaces de hidrógeno en la transformación. Es notable que, en contraste con el arseniato de betaína, el deuterio arseniato de betaína se convierte en antiferroeléctrico a 172 K. Los bucles de histéresis de la Figura 4 muestran la polarización remanente en E = 0, es decir, Pr en el caso de un ferroeléctrico, cero en el caso de un antiferroeléctrico. La figura 4 también muestra que campos suficientemente altos convierten el estado antiferroeléctrico en uno ferroeléctrico. La altura de los subbucles indica la doble polarización de una subred.