1. Strain effect in PbTiO3/PbZr0.2Ti0.8O3 superlattices: From polydomain to monodomain structures
- Author
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N. Lemée, M. G. Karkut, C. Hubault, Brice Gautier, Janez Holc, André Perrin, Loic Dupont, Valérie Demange, C. Davoisne, Alexandre Boulle, M. Kosec, Laboratoire de Physique de la Matière Condensée - UR UPJV 2081 (LPMC), Université de Picardie Jules Verne (UPJV), Laboratoire réactivité et chimie des solides - UMR CNRS 7314 (LRCS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux, Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS), Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Elect Ceramics Department - slovenia, Jozef Stefan Institute [Ljubljana] (IJS), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)
- Subjects
Diffraction ,Materials science ,General Physics and Astronomy ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,deposition ,Mosaicity ,Pulsed laser deposition ,Optics ,Lattice constant ,0103 physical sciences ,[CHIM]Chemical Sciences ,High-resolution transmission electron microscopy ,fields ,defects ,010302 applied physics ,Condensed matter physics ,business.industry ,layer ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Ferroelectric thin films ,Reciprocal lattice ,Epitaxial multilayers ,Volume fraction ,X-ray crystallography ,0210 nano-technology ,business - Abstract
International audience; Ferroelectric symmetric superlattices consisting of alternating layers of PbTiO3 and PbZr0.2Ti0.8O3, were grown by pulsed laser deposition on SrTiO3 and SrRuO3-coated SrTiO3 substrates. The superlattices, with wavelengths K ranging from 20A ° to 200A ° , were analyzed using x-ray diffraction (h 2h diffraction scans, rocking curves, and reciprocal space mapping), high resolution transmission electron microscopy, and piezoforce scanning microscopy. For large-period superlattices, the strain is relieved by the formation of an a/c polydomain structure which propagates through the whole film. We investigate the influence of the wavelength on the a-domain volume fraction, the lattice parameters, the in-plane strain exx, and the mosaicity of the samples. We show that with decreasing the wavelength, a reduction of the a-domain volume fraction is observed as well as a reduced tensile in-plane strain and a lower mosaicity. A concomitant improvement of the local ferroelectric response is detected. Below a critical wavelength of about 30A ° and a critical sample thickness of 500A ° , the formation of 90 a/c domains is inhibited and the superlattices are completely c oriented. Thus the reduced wavelength induces compressive strain which dominates over the tensile clamping due to the thermal expansion mismatch between the substrate and the superlattice. This compressive strain favors a c-oriented structure in the PbTiO3/PbZr0.2Ti0.8O3 superlattices.
- Published
- 2012
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