Etudes in operando de nanostructures d’oxydes multiferroiques à base de titanate de baryum – IOBTO

Le projet IOBTO propose une approche fondamentale de l’étude in operando de structures multiferroiques artificielles en utilisant des méthodes de caractérisation de pointe disponibles sur grands instruments. Nous proposons d’élaborer des couches minces et des nanostructures de ferrites – déposées sur la surface – ou intégrées à l’intérieur de couches de titanate de baryum (BaTiO3) réalisées par épitaxie par jets moléculaire assistée par plasma d’oxygène atomique. Ces structures ont l’avantage d’être pertinentes d’un point de vue applicatif tout en permettant les études les plus avancées grâce à leur structure monocristalline modèle. Nous souhaitons étudier les couplages entre la férroélectricité et le ferromagnétisme dans ces systèmes multiferroïques et en particulier le comportement des domaines et des parois de domaines lorsque le système est en fonctionnement sous champ électrique statique et dynamique.
La combinaison de composés ferroélectriques et ferromagnétiques est une stratégie fructueuse pour l’élaboration de mutiferroiques artificiels car elle permet de contourner le manque de multiferroiques intrinsèques qui sont rares et dont les propriétés sont inadaptées (coefficients de couplage magnéto-électriques trop faibles, températures de Curie trop basses …). Cependant cette nouvelle classe de composés multiferroïques artificiels soulève un certain nombre de nouvelles questions et de défis à relever. Il faut, par exemple, comprendre l’interaction ferroélectrique/ferromagnétique aux interfaces en terme de couplage élastique/magnétique et de structure électronique. Au-delà de la démonstration de faisabilité, ces mesures permettront des déterminer si de telles structures peuvent être utilisée pour des applications. Un des défis du projet est de mener les études en fonctionnement par application d’un champ électrique statique (DC) ou dynamique (AC).
Dans le cadre du projet IOBTO nous produirons des échantillons « à la demande » adaptés aux contraintes individuelles des techniques de caractérisation les plus avancées telles que la spectromicroscopie (X-PEEM), la micro-diffraction de rayons X (micro-XRD) et l’absorption des rayons X (XAS, XMCD) sous champ électrique variable. La combinaison de ces techniques fournira une description unique de l’impact des phénomènes de couplage sur les structures électroniques et cristallines ainsi que sur les domaines magnétiques et leurs domaines sous l’effet du champ appliqué. Le consortium inclut des spécialistes de la croissance de ces systèmes ainsi que des spécialistes de chacune des méthodes de pointe qui seront utilisées. Les échantillons élaborés uniquement avec des oxydes présentent l’avantage d’une haute stabilité en conditions atmosphériques et peuvent même être étudiés dans des environnements corrosifs. De plus, nos échantillons sont de type « séparation de phase » ce qui garantit aussi leur stabilité chimique. Enfin les matériaux ont tous été sélectionnés pour être technologiquement intéressant tout en étant inoffensifs pour l’environnement.