Contraintes, ferroélectricité et transitions de phases dans les films minces et superréseaux à base du ferroélectrique BaTiO3 et du paraélectrique BaZrO3

Strain, ferroelectricity and phase transitions in thin films and superlattices based on the ferroelectric BaTIO3 and the paraelectric BAZrO3

• Auteur / Autrice : Jamal Belhadi
• Direction : Mimoun El Marssi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Rayons X -- Diffraction

Ablation laser (fabrication)

Superréseaux

Thèses et écrits académiques

Couches minces ferroélectriques

Résumé

Nous avons étudié l’effet des contraintes bidimensionnelles sur les propriétés structurales, vibrationnelles et électriques des films minces et superréseaux basés sur le ferroélectrique BaTiO3 (BT) et le paraélectrique BaZrO3 (BZ), élaborés par PLD sur substrat de MgO tamponné La0,5Sr0,5CO3. Nous avons étudié aussi bien les superréseaux symétriques [BT]L/2/[BZ]L/2, en variant la période Λ entre 16 et 1056 Å, que les superréseaux assymétriques [BT](1-x)Λ/[BZ]xΛ, en variant x entre 0,15 et 0,85 avec Λ=100 Å. Le film de BT présente une structure ferroélectrique orientée axe-a, tandis que le film de BZ présente une distorsion quadratique non polaire suivant l’axe-c. En superréseaux, les couches de BT gardent la même orientation de la polarisation que le film de BT et les couches de BZ présentent une forte distorsion quadratique suivant l’axe-c. Les propriétés physiques des superréseaux [BT]L/2/[BZ]L/2 changent en fonction de la période Λ. Pour les faibles périodes Λ<32 Å, les effets d’interfaces dominent les propriétés effectives des superréseaux. Alors que pour 32 Å≤Λ≤256 Å, sous l’effet des contraintes importantes, les couches de BT et BZ subissent de fortes distorsions induisant une phase polaire dans les couches de BZ. Ces contraintes sont à l’origine, d’une part, d’une augmentation de la polarisation et d’autre part d’une diminution du désordre du Ti sur le site B de la perovskite. Au dessus de Λ~500 Å les contraintes sont partiellement relaxées, d’où la disparition de la ferroélectricité et de la phase polaire de BZ observée pour 32 Å≤Λ≤256 Å. Pour les superréseaux [BT](1-x)Λ/[BZ]xΛ, la phase polaire de BZ persiste pour 0,3≤x≤0,7 sous l’effet des contraintes.

In this thesis we are interested to the study of the effect of stress on the structural, vibrational and electrical properties of thin films and superlattices consisting of BaTiO3 (BT) and BaZrO3 (BZ) grown by PLD technique on the MgO substrate buffered LSCO. We studied both symmetric superlattices [BT]L/2/[BZ]L/2, by varying the period Λ between 16 and 1056 Å and the asymmetric superlattices [BT](1-x)Λ/ [BZ]xΛ, by varying x between 0. 15 and 0. 85 with Λ= 100 Å. We are show that the polar c-axis of the BT single film lies in the plane of the substrate and the BZ single film exhibits a non polar tetragonal distortion oriented c-axis. In superlattices, the BT layers are oriented a-axis and the BZ layers exhibit enhanced tetragonal distortion which is induced by the mismatch between the alternating BZ and BT layers. For [BT]L/2/[BZ]L/2 superlattices, the physical properties depends to the changing period Λ. For small periods Λ <32 Å, the interfaces effects dominate the effective properties of superlattices. Whereas for 32 Å ≤ Λ ≤ 256 Å, as a result of strain, the BT and BZ layers are under strong distortion inducing a polar phase in the BZ layers. These stresses are the result, on one hand, an increase in the polarization and the other to a reduction in the disorder of the Ti on the B site of the perovskite. Over Λ~ 500 Å the strain are partially relaxed, hence the disappearance of ferroelectricity and polar phase of BZ observed for 32 Å ≤ Λ ≤ 256 Å. For [BT](1-x)Λ/[BZ]xΛ superlattices, the polar phase of BZ persists for 0. 3 ≤ x ≤ 0. 7 under the effect of strain.