Acronyme

Année

Laboratoire

Collaboration(s)

Budget

Durée

FIRET

2013

UMPhy

SPMS, LPS

49,8 k€

1 an

Titre

Ferroélectricité de titanates de terres rares

Porteur

Manuel BIBES

Date de démarrage

Juin 2013

Présentation du projet

Le projet vise à étudier une nouvelle classe de matériaux en couches minces, les

titanates de terres rares (RTiO3). Ces composés sont des isolants de Mott, c'est à dire que leur caractère isolant découle des fortes corrélations électroniques. Selon la terre rare R, ils sont antiferromagnétiques (La-Sm) ou ferromagnétiques (Gd-Lu). Les matériaux sont forme massive ont été assez peu étudiés, et le champ de recherche est presque vierge pour ce qui concerne les couches minces. Parmi les activités de recherche envisagées à l’UMPhy autour des films de RTiO3, on trouve la génération de nouvelles phases électroniques, soit en combinant des couches de RTiO3 avec d'autres pérovskites fortement corrélées (comme les nickelates et les manganites) et en jouant sur les reconstructions structurales, électroniques, orbitales et magnétiques aux interfaces, soit en exploitant les effets de contrainte épitaxiale. C'est à ce dernier point que s'intéresse plus particulièrement le projet FIRET.

Le projet propose une approche globale : de la simulation ab-initio (SPMS) à la caractérisation structurale par spectroscopie de perte d'énergie et microscopie TEM (LPS). La croissance et la caractérisation structurale des films minces sont effectuées à l'Unité Mixte CNRS-Thalès.

Résultats

Le projet s’est focalisé sur le composé GdTiO3 (GTO), qui est quasiment le seul pour lequel il existe une littérature couches minces. L'optimisation de la croissance de films de GTO (par la technique de l'ablation laser pulsée) s'est avérée ardue mais a finalement permis d’obtenir des couches pures (sans phase parasite). Leurs propriétés structurales, magnétiques et électroniques ont fait l’objet d’une publication.

Par la suite, des couches de GTO ont été élaborées sur divers substrats balayant une large gamme de désaccords de maille avec le GTO massif. L'étude des propriétés physiques est en cours. Les données structurales révèlent d’ores et déjà une dépendance inattendue des paramètres de maille avec la contrainte.

En parallèle et en collaboration avec L. Bellaiche (U. Arkansas), il a été prédit que, pour de fortes contraintes en compression, une instabilité ferroélectrique devait se développer, conférant ainsi au GTO un caractère multiferroïque avec à la fois une forte polarisation et une forte aimantation, ce qui est extrêmement rare à des températures supérieures à 10 K environ. Les mesures sont en cours pour vérifier cette prédiction. Des analyses en microscopie électronique en transmission et de spectroscopie des rayons X sont également en cours.

Publication(s)

Grisolia MN et al, Applied Physics Letters 105 (2014)

Suite du projet

Projet plus vaste sur l’étude de l’interface entre deux oxydes de métaux de transition : projet "MINT" (Nouveaux états et dispositifs électroniques aux interfaces d’isolants de Mott), lauréat d’une bourse ERC Consolidator 2013