La transición ferroeléctrica de dihidrógeno fosfato de potasio, KH2PO4, se produce a una Tc = 123K y es débilmente de primer orden. El dihidrógeno fosfato de potasio es tetragonal (punto de grupo 42 m) en la fase paraeléctrica y ortorrómbica (mm2) en la fase ferroeléctrico, y por lo tanto es piezoeléctrico tanto por encima como por debajo de Tc. Las propiedades electromecánicas estáticas del material están representadas por los coeficientes de un desarrollo en serie de la densidad de energía U (Dj, ∈μ) en los componentes del desplazamiento dieléctrico D y la deformación elástica ∈. Si las condiciones experimentales límite requieren otras variables independientes, puede obtenerse un potencial termodinámico adecuado a través de una transformación de Legendre de U. En el caso del dihidrógeno fosfato de potasio, tal formulación de Landau produce las siguientes ecuaciones lineales piezoeléctricas fundamentales
con lo cual se tienen en cuenta los componentes en la dirección polar c. La única propiedad del material con una dependencia de la temperatura anómala es la permitividad a la deformación constante, ε∈33, que obedece a una ley de Curie - Weiss. Para las condiciones experimentales límite habituales de campo constante E y constante a la tensión mecánica σ,
Entonces la permisividad "libre" también obedece a una ley de Curie - Weiss, pero con una temperatura de Curie más alta que la de la permitividad "sujetada" ε∈33
La constante elástica , a diferencia de , es también dependiente de la temperatura. Los efectos descritos por las ecuaciones (3) son el resultado de términos de acoplamiento permitidos por la simetría entre el parámetro de orden y otras variables de estado en la expresión para la densidad de energía, y son características de los materiales ferroeléctricos.
Las teorías microscópicas de la transformación del dihidrógeno fosfato de potasio comienzan con las unidades estructurales H2PO4- y K+. Los puentes de hidrógeno orientadas en ángulos rectos al eje tetragonal c conectan tetraedros de fosfato adyacente, y para T <TC se ordenan cooperativamente a sí mismos de forma tal que preferentemente los dos protones superior o los dos inferiores se encuentran cerca de un tetraedro fosfato. Los desplazamientos atómicos resultantes conducen a la polarización espontánea. El formalismo de pseudo-spin a menudo es empleado en conexión con las transformaciones orden - desorden, junto con el supuesto de un mecanismo de túnel de los protones a lo largo de los puentes de hidrógeno, permiten la interpretación de muchas observaciones experimentales, incluyendo un efecto isotópico notable: el KD2PO4 tiene una temperatura de transición 90 K mayor que la de KH2PO4.
Propiedades similares a las del KH2PO4 se encuentran para el RbH2PO4 (Tc = 147 K), KH2 AsO4 (97 K), y RbH2 AsO4 (110 K ). Los compuestos de amonio homólogos son antiferroeléctricos.
Preparación y Aplicaciones del Dihidrogenofosfato de potasio
El KH2PO4 y sus homólogos se pueden preparar en forma de cristales individuales transparentes a partir de soluciones acuosas a temperatura ambiente. El crecimiento controlado se consigue mediante la reducción de la temperatura o la eliminación del disolvente de las soluciones saturadas en presencia de cristales de siembra. Ocasionalmente se emplea un proceso de dos cámaras, con solución circulante. En una cámara la sustancia policristalina es absorbida por una solución ligeramente insaturada, en la otra cámara los cristales individuales crecen a una temperatura algo inferior.
Los miembros de la familia del dihidrogenofosfato de potasio encuentran uso principalmente en virtud de sus buenas propiedades piezoeléctricas, electro-ópticos, y ópticas no lineales. Se emplean en la construcción de las células de Kerr, moduladores de luz de alta frecuencia, y duplicadores de frecuencia óptica.