Les matériaux ferroïques mis en avant par Nature Materials

Publié le 16/11/2018

En collaboration avec leurs homologues scientifiques, deux chercheurs du Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) spécialisés dans les matériaux ferroïques pour les transducteurs ont pu mettre en avant leurs dernières découvertes dans le célèbre magazine scientifique international Nature Materials.

Avec les collaborateurs Yingfen Wei et Beatriz Noheda (Université de Groningue), ainsi que le professeur invité du LIST Brahim Dkhil (CentraleSupélec, France), les chercheurs du LIST Jorge Íñiguez et Hong Jian Zhao ont contribué à la découverte d'une nouvelle phase d'un nouveau matériau ferroélectrique basé sur l'oxyde d'hafnium (HfO2) favorable aux technologies. Les résultats mettent en avant les films minces d'oxydes simples comme une classe largement inexplorée de matériaux ferroélectriques nanométriques, et peuvent être consultés dans l'article « A rhombohedral ferroelectric phase in epitaxially strained Hf0.5Zr0.5O2 thin films » (Une phase ferroélectrique rhomboédrique dans des films minces de Hf0.5Zr0.5O2 soumis à des contraintes épitaxiales), publié le 22 octobre 2018 dans le magazine Nature Materials.

Expertise des matériaux ferroïques effectuée au LIST

Les travaux menés au LIST sont axés sur la modélisation informatique des phases ferroélectriques de HfO2-ZrO2, employant des algorithmes de prédiction structurelle pour identifier la structure obtenue de manière expérimentale à Groningue, et caractérisée par microscopie électronique à transmission à Paris. Les simulations réalisées par Jian Zhao et Jorge Íñiguez ont été essentielles pour comprendre la stabilisation sous des conditions épitaxiales spécifiques de cette phase, et pour expliquer les grandes valeurs de polarisation ferroélectrique qu'elle présente.

Ce dernier exemple de recherche « Made in Luxembourg » mis en avant dans la publication de renommée mondiale a été soutenu par les programmes du FNR PEARL  (subvention du FNR/P12/4853155 COFERMAT) et CORE (subvention du FNR/C15/MME/10458889 NEWALLS), tandis que Brahim Dkhil a bénéficié d'une subvention de mobilité (INTER/MOBILITY/16/11259210 MULTICALOR) soutenant la collaboration entre les chercheurs au Luxembourg et à l'étranger.

Résumé de l'article paru dans Nature Materials

Des films minces à base de hafnium sont un candidat favori pour l'intégration d'une ferroélectricité robuste à l'échelle nanométrique dans une mémoire de nouvelle génération et des dispositifs logiques. C'est parce que leur polarisation ferroélectrique devient plus robuste à mesure que la taille est réduite, exposant un type de ferroélectricité dont le mécanisme reste encore à comprendre. Des films minces avec une meilleure qualité de cristal sont donc nécessaires.

Les chercheurs du LIST ont rapporté la croissance épitaxiale de films minces Hf0.5Zr0.5O2 sur des substrats La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 orientés (001). Les films, qui sont soumis à une contrainte d'épitaxie en compression et sont principalement orientés (111), affichent de grandes valeurs de polarisation ferroélectrique allant jusqu'à 34 μC cm−2 et n'ont pas besoin d'un cycle de réveil. La caractérisation structurelle révèle une phase rhomboédrique différente de la phase orthorhombique polaire généralement signalée. Ces conclusions, en conjonction avec les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité, permettent aux chercheurs de proposer un modèle convaincant pour la formation de la phase ferroélectrique.

> Pour toute question sur ce sujet, envoyez un e-mail à Jorge Íñiguez et Hong Jian Zhao.

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 Jorge IÑIGUEZ
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