Etude ab-initio de la réponse diélectrique de pérovskites à haute permitivité diélectrique pour le stockage de l'énergie

par Gustavo Do Amaral De Andrade Sophia

Thèse de doctorat en Chimie-Physique

Sous la direction de Michel Rérat.

Soutenue le 31-01-2014

à Pau en cotutelle avec l'Università degli studi (Turin, Italie) , dans le cadre de École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques) .

mots clés

• Pérovskites
• Férroelectricité
• Anomalie diélectrique
• Théorie de la Fonctionnelle de la Densité
• Fonctionnelles hybrides
• Pérovskites
• Ferroélectricité
• Fonctionnelles densité

Résumé

Des facteurs fondamentaux pour la performance de matériaux à haute permittivité basés sur des pérovskites sont étudiés par des techniques ab-initio. L’anomalie diélectrique géante à 0K des pérovskites est investiguée aux niveaux Hartree-Fock, Théorie de la Fonctionnelle de la Densité et méthodes hybrides, en termes de la stabilité thermodynamique des phases, des contributions structurales et vibrationnelles et des charges effectives de Born. Le mode mou actif en infra-rouge est responsable par l’anomalie et des méthodes hybrides sont nécessaires pour reproduire les données expérimentales. L’évolution de l’instabilité ferroélectrique dans les pérovskites ABO3 avec la substitution de l’ion A est reliée de façon systématique aux rayons ioniques ainsi qu’aux degrés d’hybridation dans les liaisons pour des tantalates, niobates et titanates.

mots clés

• Perovskite
• Ferroelectricity
• Dielectric anomaly
• Density Functional Theory
• Hybrid functionals

Titre traduit

Ab-initio study of the dielectric response of high-permittivity perovskites for energy storage

Résumé

Ab-initio techniques are used to investigate key factors influencing the dielectric performance of high permittivity materials based on perovskites. The pressure-induced giant dielectric anomaly at 0K of ABO3 perovskites is investigated at the Hartree-Fock, density-functional theory and hybrid levels. Its mechanism is analyzed in terms of thermodynamic phase stability, structural and phonon contributions and Born effective charges. It is shown that the IR-active soft phonon is responsible for the anomaly and the use of hybrid functionals is required for agreement with experimental data. The evolution of the ferroelectric instability in ABO3 perovskites with substitution of the ion in the A site is systematically investigated for tantalates, niobates and titanates and correlated with the ionic radii as well as the degree of hybridization in the bonds.