Etude de joints de grains dans des substrats bicristallins sigma 13 de SrTiO3 et dans les films minces YBa2Cu3O7-delta épitaxiés : influence de la croissance sur la structure

par Guillaume Passerieux

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jeanne Ayache.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    L'étude a pour objectif de comprendre le rôle de la croissance d'un film sur la structure d'un joint de grains lorsqu'il est épitaxie par co-évaporation réactive sur un substrat bicristallin. La technique de diffraction élecronique LACBED a permis de déterminer la contribution des composantes de flexion et de torsion des substrats bicristallins SrTi03'Sigma'13 (22,6ʿ) permettant de compléter les analyses structurales à l'échelle atomique. Le joint de grains symétrique 67,4ʿ présente deux régions de joint de structures différentes et nouvelles. Chaque partie est décrite par deux unités centrées sur le titane puis sur le strontium, séparées par une unité structurale différente. Celle-ci constituant le joint 'Sigma'1 (90ʿ) de plus forte désorientation rend compte de la composante de flexion supplémentaire valant 0,65ʿ. L'ensemble des résultats issus de la caractérisation structurale des films a permis de montrer que la croissance est le facteur déterminant en ce qui concerne la structure des joints de grains d'YBCO. Le facteur cinétique de la croissance est prépondérant par rapport au facteur thermodynamique. Les facteurs cristallographiques liés au substrat et à celui de l'épitaxie sont importants au début du dépôt, et dés lors que le film croît, c'est la cinétique de croissance qui va déterminer la frontière entre îlots au niveau du joint de grains. Les résultats importants issus de ce travail sont: On observe une différence entre la désorientation autour de l'axe [001] du substrat et celle de nos films. Le joint de grains affecte l'épitaxie en tant que zone de compétition entre les îlots de croissance qui crée une désorientation supplémentaire. Le joint de grains du substrat semble être là sans action sur la structure finale du joint de grains du film YBCO. La croissance a donc 2 rôles: créer explicitement un recouvrement des films avec le grain du substrat désorienté et des films entre eux (analyse des moirés); créer implicitement un facettage du joints de grains du film selon les directions <100> et <110> énergétiquement favorables, représentant les facettes des îlots de croissance. Seul la connaissance complète de la structure de joints de grains YBCO permet de prendre en compte tous les paramètres dans les calculs théoriques du courant critique afin de reproduire les expériences réelles et ainsi en prédire les propriétés.


  • Résumé

    The aim of this study is to understand film growth influence on grain boundary structure, using reactive co-evaporation on a bicrystal substrate. LACBED electron diffraction technique permit to determine the contribution of tilt and twist component of SrTiO3'Sigma'13 (22,6ʿ) bicrystal substrate which complete atomic structure analysis. "67,4ʿ" symmetric grain boundary is formed by two differents and new grain boundary structure regions. The first one can be described with two units centered on titanium, the second one with the same units centered on strontium, separated by another structural unit. This one constitue 'Sigma'1 (90ʿ) grain boundary, wich has a higher misorientation, due to additionnal tilt component worthing 0,65ʿ. The results proceeding from films structural analysis evidence that growth is determining factor for YBCO grain boundary structure. Kinetic factor is the driving force compare to the thermodynamic one. Cristallographic parameters due to substrate and to epitaxy are important at the beginning of deposit process and once the film growths, kinetic determines the growth island border at the location of YBCO grain boundary. Important results of this study are: We notice a difference between the film misorientation and substrate according to [001] axis. Grain boundary affect epitaxy as a region of competition between island growth, creating an additional misorientation. Substrate grain boundary seems not to influence YBCO thin film final structure. Growth has two effects: to create an overlap of growth islands from both side of the grain boundary; to create film grain boundary faceting according to <100> and <110> directions, which are energetically favorable as growth islands facets. Only complete knowledge of YBCO grain boundary structure allows to take into account all parameters into critical current theoretical calculations in order to reproduce experiments and deduce properties.

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Informations

  • Détails : 147 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)4
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