Basculement des domaines ferroélectriques par la contrainte mécanique

Les matériaux ferroélectriques se définissent par l’existence d’une polarisation diélectrique permanente à champ électrique nul, dont on peut basculer la direction par application d’un champ électrique suffisamment important. Or, nous avons pu montrer qu’il est également possible de basculer cette polarisation par l’application d’une contrainte mécanique sur des films de PbZr_0.2Ti_0.8O₃ d’épaisseur comprise entre 33 et 200 nm. La contrainte est appliquée par la pointe d’un microscope à force atomique (AFM) et le renversement de polarisation imagé par Piezoresponse Force Microscopy (PFM). L’effet flexo-électrique, qui relie le gradient de la contrainte mécanique au champ électrique produit par la contrainte mécanique ne peut pas expliquer  le retournement de la polarisation dans des couches aussi épaisses (seulement jusqu’à quelques dizaines de nanomètre d’épaisseur). Or, l’analyse par STEM-HAADF a révélé l’existence de nano-cavités dans le volume des films ce qui, combiné à des analyses RBS et des simulations par champ de phase du retournement de la polarisation, pourrait expliquer le phénomène : les cavités jouent le rôle de points d’ancrage aux domaines ferroélectriques qui peuvent ainsi rester stables.

Contacts:

Ingrid C. Infante –
Damien Deleruyelle –
Brice Gautier –

Référence :

« Mechanical switching of ferroelectric domains in 33-200 nm thick sol-gel-grown PbZr0.2Ti0.8O3 films assisted by nanocavities »

Sergio Gonzalez Casal, Xiaofei Bai, Kevin Alhada Lahbabi, Bertrand Vilquin, Pedro Rojo-Romeo, Solène Brottet, David Albertini, Damien Deleruyelle, Matthieu Bugnet, Ingrid Canero-Infante, and Brice Gautier.

Advanced Electronic Material, 2022, 2200077, doi :10.1002/aelm.202200077