Rotation de la polarisation dans les systèmes morphotropiques : cas de Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3

par Raphaël Haumont

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Jean-Michel Kiat.


  • Résumé

    Le travail de cette thèse a pour objectif d'explorer la structure cristallographique de la région morphotropique (Morphotropic Phase Boundary) des solutions solides à structure pérovskite (relaxeur-PbTiO3) aux remarquables propriétés piézoélectriques comme PMN-PT, PZN-PT et PSN-PT. La MPB délimite une région symétrie rhomboédrique R3m (PSN) d'une région tétragonale P4mm (PbTiO3). Nous avons établi qu'avec la substitution croissante de titane x, la polarisation spontanée subit une rotation complexe entre les directions <111> et <001> via les plans de symétrie de phases monocliniques de groupe d'espace Cm et Pm : R3m (PSN) - Cm - (Cm + Pm) - (Pm + P4mm) - P4mm (PT). Un traitement systématique des profils de diffraction en température a permis de suivre la stabilité thermique de ces diverses phases ferroélectriques et un diagramme de phase complet de PSN-PT a ainsi pu être proposé. Nous avons enfin élaboré et caractérisé des couches minces de PSN-PT : avec la substitution chimique et la température, la contrainte mécanique bidirectionnelle exercée par un substrat est un paramètre qui modifie profondément la symétrie du système PSN-PT. Regroupées et corrélées avec les résultats extraits de la diffraction de rayons X et de neutrons, des données obtenues par spectroscopie Raman, mesures diélectriques et calcul ab-initio ont permis de proposer un modèle microscopique rendant compte de l'apparition et de la disparition de ces phases monocliniques dans le système PSN-PT. Ce mécanisme, que l'on pense généralisable aux autres morphotropiques, repose sur la très forte hétérogénéité chimique intrinsèque de ces systèmes et au rôle prépondérant du désordre du plomb.


  • Résumé

    The work of this thesis aims to explore the crystallographic structure of the Morphotropic Phase Boundary (MPB) of the solid solutions with perovskite structure (relaxor-PbTiO3) with the remarkable piezoelectric properties like PMN-PT, PZN-PT and PSN-PT. The MPB delimits the rhomboedral symmetry R3m area (PSN) of the tetragonal P4mm (PbTiO3) area. We established that, with the increasing of titanium substitution, spontaneous polarization undergoes a complex rotation between the <111> and <001> directions via the symmetry planes of monoclinic phases (Cm and Pm space groups): R3m (PSN) - Cm - (Cm + Pm) - (Pm + P4mm) - P4mm (Pt). Thanks to complete treatments of the diffraction profiles versus temperature, it is possible to follow the thermal stability of these various ferroelectric phases and thus, a complete diagram of phase of PSN-PT was proposed. We also characterized PSN-PT thin films : with chemical substitution and the temperature, the bidirectional mechanical constraint induced by a substrate is a parameter which deeply modifies the ground state. Gathered and correlated with results extracted of the x-ray and neutrons diffractions, data obtained by Raman spectroscopy, dielectric measurements and calculation ab-initio allowed to propose a microscopic model accounting for the appearance and the disappearance of these monoclinic phases in system PSN-PT. This mechanism, -that we think can be generalizable of the others morphotropic systems, is based on the very strong intrinsic chemical heterogeneity of these systems and on the dominating role of the (polar) disorder of lead atoms.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (pagination multiple)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 330 références

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : CentraleSupélec. bibliothèque.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 62781
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.