Feroelekrika se vyznačují přítomností spontánní feroelektrické polarizace, která může být přepnuta mezi několika ekvivalentními stavy. Protože polarizave je obvykle silně vázána s mechanickou deformaci, přepnutí je možno dosáhnout aplikací elektrického pole i mechanického tlaku. Přepínání polarizace je klíčové pro mimořádnou dielektrickou a piezoelektrickou odezvu těchto materiálů, které nachází využití v široké oblasti aplikací v oblasti senzorů a aktuátorů.
Existence několika ekvivalentních polarizačních stavů vede ke vzniku struktury feroelektrických domén, oblastí tvořených přibližně homogenní polarizací a rozhraní mezi nimi – tzv. doménových stěn (viz. obrázek). Přepínání polarizace značně závisí na vlastnostech doménových stěn, zejména na jejich schopnosti pohybu pod vlivem působící síly.
Feroelektrický pořádek existuje pouze pod Curriovou teplotou, a materiál může projít i několika přechody mezi různými fázemi pří dalším ochlazování, přičemž elektromechanické vlastnosti jsou obvykle silně zvýšené v blízkosti fázových přechodů. Jinou možností jak dosáhnout vysoké odezvy, je vyladění chemického složení v pevných roztocích více ferroelektrik, což může vést k vzniku oblasti zvané morfotropní fázová hranice (MPB), kde jsou dvě symetrické varianty materiálu v rovnováze. Materiály v oblasti MPB vykazují lepší stabilitu vlastností u zařízení, která pracují v širokém teplotním rozmezí. Konečně mohou být materiály přivedeny k fázovému přechodu za použití vhodného elektro/mechanickéhých podmínek, např hydrostatického tlaku nebo epitaxiálního napětí v případě tenkých filmů.
Fázové přechody, přítomnost komplikovaných doménových struktur, doménové stěny a vliv defektů činí tyto materiály náročnými experimentálně i teoreticky. Jejich pochopení je však rozhodujícím předpokladem pro plné využití jejich výjimečných vlastností.
V úzké spolupráci s experimentátory zkoumáme strukturní vlastnosti feroelektrik, zaměřujeme se na jejich dynamiku, studujeme doménové struktury a jejich dopad na vlastnosti materiálů a zvažujeme vlastnosti uměle navržených a vytvořených, tzv. inženýrovaných, doménových struktur. Naše nástroje sahají od kvantově mechanických výpočtů intrinzických vlastností materiálů, přes simulace založené na empirických potenciálech na atomární úrovni až po fenomenologickou Landau-Ginzburg-Devonshire (LGD) teorii pro feroelektrika. Máme silné zázemí ve využití LGD teorie pro zkoumání vlastností a podrobností doménových rozhraní pomocí analytických výpočtů. Pro studium složitých doménových struktur jsme vyvinuli a udržujeme počítačový program Ferrodo, který umožňuje časově závislou simulaci vzniku a vývoje ferroelektrické doménové struktury v rámci GLD modelu. Sami vyvíjíme parametrizace GLD potenciálů pro feroelektrika.
Věnujeme se také epitaxně pěstovaným strukturám. Jedná se např. o tenké filmy a také heterostruktury, které se skládají z vrstev více různých materiálů tvořících periodickou superstrukturu. Rozdíl v mřížkových konstantách filmu a substrátu, nebo mezi jednotlivými vrstvami materiálů superstruktury zásadně mění vlastnosti feroelektrické složky. Nedávný pokrok v technikách epitaxe umožnil bezprecedentní přesnost depozice s možností kontrolovat počet atomových vrstev. To vedlo ke vzniku samoorganizovaných doménových nanostruktur, které jsou předmětem silného zájmu vědecké komunity, nás nevyjímaje.
