Propriétés dynamiques des couches minces et des super-réseaux ferroélectriques contrôlées par la contrainte

Strain tunable dynamical properties of ferroelectric thin films and superlattices

• Auteur / Autrice : Anna Razumnaya
• Direction : Igor A. Luk'yanchuk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 07/09/2018
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Amiens)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Igor A. Luk'yanchuk, Mikhail Kaliteevski, Galia Pozina, Daoud Mezzane, Jean-Claude Soret, Mimoun El Marssi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mikhail Kaliteevski, Galia Pozina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces ferroélectriques

Superréseaux

Ferroélectricité

Mots clés libres

Transitions de phase

Dynamique des réseaux

Lattice dynamics

THz Debye-type central mode

Résumé

Au voisinage et au dessous des fréquences térahertz, nous avons investigué la dynamique des modes mous centraux de type Debye dans les super-réseaux ferroélectriques BaTiO3/BaxSr1-xTiO3 dans un large domaine de températures en utilisant la spectroscopie Raman polarisée. La coexistence d'un pic central et du mode mou sous-atténué suggère un caractère complexe ordre-désordre des transitions de phase successives dans ces matériaux. L'apparition du mode central prononcé pourrait expliquer l'anomalie diélectrique de type relaxateur récemment observée dans de tels super-réseaux. Nous avons exploré et comparé la dynamique des super-réseaux à trois couches et à deux couches. Nous avons montré que l'utilisation de couches de compositions chimiques différentes dans des super-réseaux multicouches permet d'obtenir des hétérostructures ayant des caractéristiques souhaitables en raison des effets de déformation entre les couches alternées et de contrôler leurs paramètres.Nous avons établi les diagrammes de phase théoriques "strain-misfit temperature" pour les couches minces de BaxSr1-xTiO3 déposées sur des substrats cubiques orientés (111). Ces diagrammes de phase sont utiles pour des applications pratiques dans l'ingénierie des couches minces. Nous avons aussi réalisé une étude expérimentale sur un film mince de Ba0.8Sr0.2TiO3 déposé sur un substrat MgO (111) pour vérifier nos prédictions théoriques. Nous avons étudié l'inversion de la polarisation induite par le champ dans la phase ferroélectrique orientée suivant l'axe C des films de structure pérovskite sous contrainte. Nous avons montré qu'en plus du mécanisme de commutation longitudinal conventionnel, lorsque le module du vecteur de polarisation orienté selon l'axe c change, les mécanismes longitudinaux-transversaux et transversaux sont aussi possibles lorsque la composante perpendiculaire de la polarisation est activée dynamiquement

We investigate near- and sub-Terahertz dynamics of soft and Debye-type central modes by the polarized Raman spectroscopy in ferroelectric BaTiO3/BaxSr1-xTiO3 superlattices in a broad temperature range. Coexistence of the central peak and the underdamped soft mode suggests complicated order-disorder character of successive phase transitions in these superlattices. The occurrence of the pronounced central mode can explain the recently observed relaxor-like dielectric anomaly in such superlattices. We explore and compare the lattice dynamics of three-layer and two-layer superlattices. We show that the using layers of different chemical compositions in multilayered superlattices one can obtain heterostructures with the desirable characteristics and realize fine tuning of their parameters due to strain effects between alternating layers.We construct the “temperature-misfit strain” theoretical phase diagrams for BaxSr1-xTiO3 thin films grown on (111)-oriented cubic substrates. The phase diagrams are useful for practical applications in thin-film engineering. We experimentally investigate a Ba0.8Sr0.2TiO3 thin film deposited on (111)MgO substrate with the aim to verify our theoretical predictions. We study the field-induced polarization reversal in the c-oriented ferroelectric phase of strained perovskite films. We show that in addition to the conventional longitudinal switching mechanism, when the c-oriented polarization vector changes its modulus, the longitudinal-transversal and transversal mechanisms when the perpendicular component of polarization is dynamically admixed are possible