Nanostructures de titanate de Baryum : modélisation,simulations numériques et étude expérimentale.

Barium Titanate Nanostructures : modelling, numerical simulations and experiments.

• Auteur / Autrice : Gentien Thorner
• Direction : Jean-Michel Kiat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de structures, propriétés et modélisation des solides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Papet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Bogicevic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Bellaiche, Grégory Geneste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Nanostructures

Titanate de baryum

Mots clés libres

Titanate de Baryum

Simulations

Nanostructure

Barium Titanate

Simulations

Nanostructure

Résumé

Des simulations numériques conduites sur un ferroélectrique, le Titanate de Baryum, permettent d'extraire les températures où se produisent les transitions pour chacune des composantes et elles utilisent le plus souvent des conditions limites périodiques. Cependant, il est possible de modifier la simulation de manière à rendre compte d'une particule isolée, et les conditions limites électriques de type court-circuit ou bien circuit ouvert affectent alors le résultat. Réduire la taille accorde encore davantage d'importance à de tels effets de surface par rapport aux effets de volume. Expérimentalement, la formation de nanocubes creux ou de nanotores a été observéelors de synthèses solvothermales. De possibles mécanismes de morphogénèse sont évoqués. Dans ce travail, les simulations ont ensuite été conduites sur des particules nanométriques, dont les formes avaient été obtenues expérimentalement. Pour des cubes creux, il a été constaté que la taille de l'inclusion vide modifiait la valeur du coefficient d'écrantage critique à partir duquel le comportement de la polarisation passe d'une configuration de type court-circuit à une configuration de type circuit fermé. Pour des nanotores aux basses températures, une modification du rapport entre petit et grand rayon donne lieu à des configurations possédant un moment toroïdal seul ou accompagné d'un moment hypertoroïdal voire d'oscillations de ce dernier.

Numerical simulations performed on a ferroelectric, Barium Titanate, yield all the transition temperatures under periodic boundary conditions. However, the same simulation can be modified to model an isolated particle under short-circuit or opencircuit electrical boundary conditions. Reducing size makes these surface effects even more important with regard to volume effects.From an experimental point of view, solvothermal synthesis of hollow nanocubesand nanotori is reported and various morphogenesis mechanisms are listed.In this work, simulations were performed on nanometric particles that had experimentally obtained shapes. In hollow cubes, it was shownthat the hole size changed the numerical value of the critical screening coefficient at which the system changes its behavior from aconfiguration that is short-circuit like to another one that is open-circuit like. For nanotori at low temperatures, a modification of the ratio between torus minor and major radius gives either configurations with only toroidalmoment or configurations in which it coexists with homogeneous or oscillating hypertoroidal moment.