Piezoelektricitet är en form av elektricitet som skapas när vissa kristaller böjs eller på annat sätt deformeras. Dessa samma kristaller kan också fås att böjas något när en liten ström går genom dem, vilket uppmuntrar deras användning i instrument för vilka stora grader av mekanisk kontroll är nödvändiga. Detta kallas omvänd piezoelektricitet. Till exempel, skanningstunnelmikroskop (STM) använder piezoelektriska kristaller för att ”skanna” ytan på ett material och skapa bilder med stor detaljrikedom. Piezoelektricitet är relaterat till pyroelektricitet, där en ström skapas genom att värma eller kyla kristallen.
Egenskapen för piezoelektricitet dikteras av både atomerna i kristallen och det speciella sätt på vilket den kristallen bildades. Några av de första ämnena som användes för att demonstrera piezoelektricitet är topas, kvarts, turmalin och rörsocker. Idag känner vi till många kristaller som är piezoelektriska, av vilka några till och med kan hittas i mänskligt ben. Vissa keramer och polymerer har också uppvisat effekten.
En piezoelektrisk kristall består av flera sammankopplade domäner som har positiva och negativa laddningar. Dessa domäner är symmetriska inuti kristallen, vilket gör att kristallen som helhet är elektriskt neutral. När stress utsätts för kristallen bryts symmetrin något, vilket genererar spänning. Även en liten bit av piezoelektrisk kristall kan generera spänningar i tusentals.
Piezoelektricitet används i sensorer, ställdon, motorer, klockor, tändare och givare. En kvartsklocka använder piezoelektricitet, liksom alla cigarettändare utan flinta. Medicinska ultraljudsenheter skapar högfrekventa akustiska vibrationer med hjälp av piezoelektriska kristaller. Piezoelektricitet används i vissa motorer för att skapa gnistan som antänder gasen. Högtalare använder piezoelektricitet för att omvandla inkommande elektricitet till ljud. Piezoelektriska kristaller används i många högpresterande enheter för att applicera små mekaniska förskjutningar på nanometerskalan.
Även om en piezoelektrisk kristall aldrig deformeras med mer än några nanometer när en ström går genom den, är kraften bakom denna deformation extremt hög, i storleksordningen meganewton. Denna deformationskraft används i mekanikexperiment och för att justera optiska element många gånger tyngre än själva den piezoelektriska kristallen.