Contribution expérimentale et théorique à l'étude des propriétés structurales, dynamiques et photoconductrices dans KTaO3 dopé au Li

par Régine Klein

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Godefroy Kugel.

Soutenue en 1994

à Metz .


  • Résumé

    L'objet de la thèse est une étude des propriétés structurales, dynamiques et photoconductrices du système KTaO3 dopé au lithium Li (souvent appelé KTL), appartenant à la famille des pérovskites ABO3 hautement intéressante du point de vue des applications en optique non-linéaire et en photorefractivite. Le rôle de l'introduction du Li sur l'apparition d'un ordre dipolaire à courte voire à longue portée, sur les propriétés structurales (transition de phase, nature, mécanisme) et dynamiques (énergie, amortissement, dispersion des vibrations cristallines) fait encore l'objet de controverses malgré les nombreux travaux existant sur ce sujet. Une contribution à la clarification des questions encore soulevées dans le système KTL est apportée par des mesures de spectroscopie Raman et de diffusion inélastique de neutrons thermiques. Des aspects théoriques de dynamique cristalline sont également développés et appliques modelistiquement dans le but d'interpréter le spectre Raman du second ordre très intense d'une part, et de spécifier le rôle du Li sur le caractère non-linéaire du système d'autre part. L'accroissement de la fréquence du mode mou et la diminution de la contribution non-linéaire a la polarisabilité de l'oxygène lorsque la concentration en Li augmente, montrent que le li réduit la non-linéarité du système. Ce phénomène est interprété par l'apparition a l'échelle microscopique d'amas polaires induits par le Li. Ces amas rendent les chaines O-Ta moins rectilignes et entravent les fortes polarisabilités le long de ces chaines. L'activation dans le spectre Raman de ktl de raies du premier ordre, en principe interdites par symétrie, est interprétée a l'aide d'une théorie tenant compte des fluctuations polaires relaxationnelles induites par les ions Li décentrés et leur interaction avec le réseau cristallin. Une phase polaire avec des microrégions d'extension spatiale dépendant de la concentration en Li et de la température est mise en évidence. Dans le cas des hautes concentrations, les résultats sont caractéristiques d'une transition de phase cubique-quadratique avec installation d'un ordre à plus longue portée. Des mesures de photoconductivité dans KTL, avec une énergie d'illumination inferieure à celle de la bande interdite, révèlent l'existence de photocourants nettement supérieurs à 0. 1 uA pour des températures inferieures à 80K. Leur intensité est du même ordre de grandeur que celle observée dans les semi-conducteurs classiques et est fortement dépendante de la concentration en Li, de la température et du traitement de l'échantillon. Les résultats expérimentaux sont interprétés de façon satisfaisante grâce à un modèle théorique. Le schéma de structure électronique proposé suppose l'existence de niveaux électroniques dus aux déplacements des oxygènes induits par les ions Li décentrés et à des impuretés de fer non contrôlées

  • Titre traduit

    Experimental and theoretical contribution to the structural, dynamic and photoconductive properties in Li doped KTaO3


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The thesis is a study of the structural, dynamic and photoconductive properties of Li doped KTaO3 system (often called KTL) which belongs to the perovskites ABO3 family, highly interesting for their applications in non-linear optics and in photorefractivity. The Li introduction role in the occurence of a short and even a long range dipolar order and in the structural (phase transition, nature, mechanism. . . ) and dynamic (energy, damping, lattice vibration dispersion) properties is still debated in spite of the many studies on this subject. A contribution to the understanding of the questions still open in the KTL system is given by Raman spectroscopy and thermal inelastic neutron diffusion measurements. A lattice dynamic theory is developed and applied in order to interpret the very intense second-order Raman spectrum on one hand and to specify the Li role in the non-linear character of the system on the other hand. The increase of the soft mode frequency and the decrease of the oxygen polarisability non-linearity with Li concentration augmentation show that the Li ions reduce the non-linearities. This phenomenon is interpreted by the occurence, at a microscopic scale, of polar clusters induced by the Li. These clusters are placed on the Ta-O chains and restrict the polarisability along these chains. The first-order Raman lines activation, in principle not allowed by symmetry, is interpreted with a theory taking into account the relaxational polar fluctuations induced by the offcentered Li ions and their interaction with the crystalline lattice. The existence of a polar phase with microregions of spatial extension depending on Li concentration and on temperature is evidenced. For high Li concentrtions, the results are characteristic of a cubic tetragonal phase transition with long-range order. Photoconductivity measurements in KTL, with light energy lower than the bang gap, show the existence of photocurrents higher than 0. 1 uA for temperatures lower than 80K. Thecureents intensities are of the same order as in conventional semi-conductors and are strongly influenced by the Li concentration, the temperature and the sample treatment. Experimental results are satisfactorily interpreted by a theorical model. The proposed electronic structure scheme assumes the existence of electronic levels due to the oxygen displacement induced by the off-centered Li ions and to uncontrolled iron impurities

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179-[4] p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. [4] p.

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