Effets des inhomogénéités locales et des contraintes extérieures sur les propriétés diélectriques et structurales des monocristaux PZN-x%PT

Effects of local inhomogeneities and external constraints on dielectric and structural properties of PZN-x% PT single crystals

• Auteur / Autrice : Mouhamed Amin Hentati
• Direction : Hichem Dammak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 15/06/2013
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris en cotutelle avec Université de Sfax. Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de structures, propriétés et modélisation des solides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Maalej
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hichem Dammak, Kamel Khirouni, Laurent Lebrun, Jérôme Rouquette, Hamadi Khemakhem

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques

Cristaux ferroélectriques

Mots clés libres

Ferroélectrique-Relaxeur

Monocristaux PZN-PT

Transitions de phase

Ferroelectric-Relaxor

PZN- PT single crystals

Phase transition

Résumé

Dans ce travail, nous avons étudié l’effet des contraintes extérieures et des inhomogénéités locales sur les propriétés diélectriques et structurales des cristaux ferroélectriques- relaxeurs à base de plomb PZN-x%PT avec 0%≤x≤12%. Dans une première partie, nous avons déterminé les propriétés diélectriques et structurales du système PZN-6%PT. Pour l’état vierge, ce composé subit la séquence de transition de phase C  T  R, où C, T et R sont, respectivement, les phases cubique, quadratique et rhomboédrique. En appliquant un champ électrique statique, une phase orthorhombique est induite entre les phases T et R. Dans la deuxième partie, nous avons montré la présence d’une anomalie diélectrique à basse température observée sur le PZN-x%PT avec 0%≤x≤12%. Dans ce domaine de température, l’étude structurale ne montre aucune transition de phase. L’ensemble de ces résultats sont interprétés moyennant un modèle basé sur la présence des nano-régions polaires. En troisième partie nous avons déterminé les propriétés diélectriques et piézoélectrique du PZN-12%PT dopé au manganèse dans son état monodomaine. Le dopage affecte, principalement, la permittivité transverse et le coefficient piézoélectrique de cisaillement. Le dopage induit aussi la stabilité de la structure monodomaine et l’effet de mémoire de la microstructure. Ces résultats sont expliqués en utilisant le modèle de symétrie des défauts. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à la simulation de l’effet de la présence des dipôles-défaut (dopage) sur les propriétés physiques de BaTiO3. Nous avons mis en évidence l’induction d’un champ électrique interne responsable du décalage du cycle d’hystérésis vers les champs électriques négatifs.

In this work, we studied the effect of external constraints and local inhomogeneities on dielectric and structural properties of the lead-based ferroelectric-relaxor system PZN-x%PT with 0%≤x≤12%. In the first part, we determined phase transformations of [001], [110] and [111] oriented PZN-6%PT single crystals. The un-poled samples undergo C  T  R, phase transitions sequence, where C, T and R, and are rhombohedral, tetragonal and cubic phases, respectively. Under electric field, an intermediate orthorhombic phase is induced between T and R phases. The second part was devoted to the study of the electromechanical and structural properties at cryogenic temperature of the PZN-x%PT system (0%≤x≤12%.). These characterizations show the presence of a dielectric anomaly at low temperatures. In the same temperature range, the structural study does not show any phase transition. These behaviors are interpreted through a model based on the presence of polar nano-regions. In the third part we study the influence of manganese doping on the electromechanical properties of PZN-12%PT single crystal in a single domain state. Doping leads to a decrease of the dielectric transverse permittivity  T 11 and of the shear piezoelectric coefficient d15. This intrinsic effect is discussed by using a volume effect model based on the symmetry conforming principle of point defects. This model explains also the stability of the single domain structure and the memory effect observed during this work. In the last part, we simulated, using molecular dynamics method, the effect of doping (defects-dipoles) on the physical properties of BaTiO3. The introducing of defects-dipoles induces an internal electric field, responsible for the shift of the hysteresis loop.