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Polarization Rotation in Ferroelectric Tricolor PbTiO3/SrTiO3/PbZr0.2Ti0.8O3 Superlattices

Authors :
Nils Blanc
Alexandre Boulle
Nathalie Boudet
Ingrid C. Infante
Cécile Hubault
M. G. Karkut
Valérie Demange
N. Lemée
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée - UR UPJV 2081 (LPMC)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)
Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux (SPCTS-AXE3)
Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS)
Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM)
Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM)
Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Limoges (UNILIM)
CRG et Grands Instruments (CRG)
Institut Néel (NEEL)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR)
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)
Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux
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)
CRG & Grands instruments (NEEL - CRG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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)
DERORY, BEATRICE
Source :
ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2015, 7 (36), pp.19906-19913. ⟨10.1021/acsami.5b03456⟩, GDR Oxyfun 2016, GDR Oxyfun 2016, Mar 2016, Autrans, France, ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7 (36), pp.19906-19913. ⟨10.1021/acsami.5b03456⟩
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

International audience; In ferroelectric thin films, controlling the orientation of the polarization is a key element to controlling their physical properties. We use laboratory and synchrotron X-ray diffraction to investigate ferroelectric bicolor PbTiO3/PbZr0.2Ti0.8O3 and tricolor PbTiO3/SrTiO3/PbZr0.2Ti0.8O3 superlattices and to study the role of the SrTiO3 layers on the domain structure. In the tricolor superlattices, we demonstrate the existence of 180° ferroelectric stripe nanodomains, induced by the depolarization field produced by the SrTiO3 layers. Each ultrathin SrTiO3 layer modifies the electrostatic boundary conditions between the ferroelectric layers compared to the corresponding bicolor structures, leading to the suppression of the a/c polydomain states. Combined with the electrostatic effect, the tensile strain induced by PbZr0.2Ti0.8O3 in the PbTiO3 layers leads to polarization rotation in the system as evidenced by grazing incidence X-ray measurements. This polarization rotation is associated with the monoclinic Mc phase as revealed by the splitting of the (HHL) and (H0L) reciprocal lattice points. This work demonstrates that the tricolor paraelectric/ferroelectric superlattices constitute a tunable system to investigate the concomitant effects of strains and depolarizing fields. Our studies provide a pathway to stabilize a monoclinic symmetry in ferroelectric layers, which is of particular interest for the enhancement of the piezoelectric properties.

Details

Language :
English
ISSN :
19448244 and 19448252
Database :
OpenAIRE
Journal :
ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2015, 7 (36), pp.19906-19913. ⟨10.1021/acsami.5b03456⟩, GDR Oxyfun 2016, GDR Oxyfun 2016, Mar 2016, Autrans, France, ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7 (36), pp.19906-19913. ⟨10.1021/acsami.5b03456⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a26a0cecc4ebb328cce15511665b90cf
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acsami.5b03456⟩