PhD - Dynamique de domaine dans les couches minces ferroélectriques étudiées par diffraction des rayons X résolue en temps
Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP)

PhD - Dynamique de domaine dans les couches minces ferroélectriques étudiées par diffraction des rayons X résolue en temps

France 20 mars 2021

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DÉTAILS OPPORTUNITÉ

Université étatique
Région
Pays hôte
Date limite
20 mars 2021
Niveau d'études
Type d'opportunité
Spécialités
Pays éligibles
Cette opportunité est destiné à tous les pays
Région éligible
Toutes les régions

Nom du laboratoire: IM2NP (UMR 7334) CNRS, https://www.im2np.fr

Conseiller de thèse: Dr Thomas W. Cornelius, Dr Michaël Texier

Email et adresse:

thomas.cornelius@im2np.fr , Tél.: +33 (0) 4 13 94 53 72

michael.texier@univ-amu.fr , Tél.: +33 (0) 4 91 28 80 98

IM2NP, affaire 262, Av. Escadrille Normandie-Niemen, F-13397 Marseille

Titre du sujet: Dynamique de domaine dans les couches minces ferroélectriques étudiées par diffraction des rayons X résolue en temps

Description du sujet:

Le groupe MNO de IM2NP à Aix-Marseille Université propose une thèse de doctorat portant sur les propriétés piézoélectriques des couches minces ferroélectriques. Le matériau piézoélectrique le plus utilisé depuis les années 1960 est le titanate de zirconate de plomb ferroélectrique [Pb (Zr 1 x Ti x ) O 3 ]. Son succès est associé à la frontière de phase morphotrope entre les compositions rhomboédriques (riches en Zr) et tétragonales (riches en Ti), où les propriétés diélectriques et piézoélectriques présentent des extrêmes. Outre l'effet piézoélectrique intrinsèque, les mécanismes extrinsèques liés à la présence de domaines contribuent à l'effet piézoélectrique dans les ferroélectriques. Dans les matériaux polycristallins, les grains voisins interagissent élastiquement, piézoélectriquement et électriquement. La réponse macroscopique totale d'un piézoélectrique émerge donc d'interactions complexes de mécanismes intrinsèques et extrinsèques.

Compte tenu de la toxicité du métal lourd Pb, la législation de l'Union européenne limite l'utilisation du plomb dans les dispositifs piézoélectriques, sauf dérogation dans des conditions spécifiques. Les candidats sans plomb prometteurs sont les ferroélectriques structurés en couches de bismuth comme le titanate de bismuth (Bi 4 Ti 3 O 12 ) et les pérovskites tels que le titanate de baryum (BaTiO 3 ), le titanate de bismuth sodique ((Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 ), et le niobate de sodium et de potassium (K 0,5 Na 0,5 NbO 3 ). Les familles de niobate de sodium et de potassium, de bismuth et de titanate de sodium présentent les avantages de faibles constantes diélectriques, d'un coefficient de couplage élevé et d'une résistance mécanique plus élevée, en général, que les céramiques contenant du plomb qui les rendent adaptées aux transducteurs haute fréquence. En plus d'être non toxiques, leur faible impédance acoustique les rend adaptés à l'imagerie médicale. Les céramiques ferroélectriques structurées en couches de bismuth, par contre, semblent être des candidats appropriés en tant que capteurs piézoélectriques à haute température. Afin de mieux modéliser les propriétés et d'améliorer la compréhension des couches minces piézoélectriques ferroélectriques (sans plomb), il est obligatoire de comprendre les mécanismes extrinsèques liés aux domaines, aux parois de domaine et à leur interaction entre eux mais aussi avec les défauts présent dans le matériau.

Dans le cadre de cette thèse, le candidat retenu étudiera le comportement piézoélectrique et la cinétique de domaine dans des couches minces ferroélectriques en utilisant des techniques expérimentales uniques: (i) diffraction des rayons X résolue dans le temps pendant actionnement électrique au niveau des synchrotrons de 3 ème génération (ESRF, SOLEIL,…) [1-2] et (ii) actionnement électrique in situ pendant l'imagerie TEM à l'aide d'un nouveau porte-échantillon TEM dans un FEI TITAN corrigé d'aberration [3]. Les expériences sont accompagnées de simulations de méthodes par éléments finis.

Compétences: Le candidat doit être titulaire d'un Master en physique, science des matériaux ou dans un autre domaine étroitement lié. Il / elle doit avoir une connaissance approfondie de la physique du solide et un vif intérêt pour le travail expérimental. Une expérience des langages de programmation est appréciable.

Les candidatures doivent inclure un CV, deux lettres de recommandation, un énoncé des intérêts de recherche et le dernier relevé de notes .

Date limite d'inscription: 20 Mars 2021

Financement: bourse ministérielle de l'école doctorale 352

Mots clés: piézoélectricité, ferroélectrique, domaines, diffraction des rayons X synchrotron in situ, analyses TEM in situ

[1] TW Cornelius, C. Mocuta, S. Escoubas, A. Merabet, M. Texier, EC Lima, EB Araùjo, AL Kholkin, O. Thomas, Réponse piézoélectrique et propriétés électriques des couches minces PZT: le rôle de l'empreinte et composition , J. Appl. Phys. 122 (2017) 164104

[2] TW Cornelius , C. Moctua, S. Escoubas, LRM Lima, EB Araújo, AL Kholkin, O. Thomas, Propriétés piézoélectriques de Pb 1-x La x (Zr 0,52 Ti 0,48 ) O 3 couches minces étudiées par in situ Diffraction des rayons X , Matériaux 13 (2020) 3338

[3] M. Texier, J. Thibault-Penisson, Conditions de correction optimales pour l'imagerie chimique des haltères SiC HRTEM corrigés par aberration , Micron, 43 (2011) 516

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