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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Les phases structurales des couches minces ferroélectriques sous contrainte étudiées par la diffraction des photoélectrons

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : BARRETT Nick,
e-Mail : nick.barrett@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 32 72
Laboratoire : SPEC/LENSIS

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 27/04/2018

Résumé :
Les changements structurels dans les films minces peuvent modifier leur état ferroélectrique et donc la performance de ces matériaux dans des dispositifs nanoélectroniques, capteurs chimiques ou encore comme cellules photovoltaïques. L'objectif du stage est de caracériser les déformations de surface dans la structure atomique de films épitaxiés ferroélecrique par XPD (Photodiffraction de rayons X).

Sujet détaillé :
Une des propriétés fondamentales d’un matériau ferroélectrique (FE) est sa polarisation spontanée en-dessous de la température de Curie, qui peut être inversée sous l’application d’un champ électrique externe. Les changements structuraux de surface intervenant dans les couches minces peuvent modifier l’état FE [1] et en conséquence la performance de ces matériaux dans les dispositifs nanoélectroniques, les capteurs chimiques ou les cellules photovoltaïques. En particulier, la polarisation peut être basculée par un recuit sous pression partielle d’oxygène [2] et la contrainte en épitaxie peut générer des phases FE complètement nouvelles [3] .

La diffraction des photoélectrons stimulés par les rayons X (XPD) combine la sensibilité chimique de la photoémission des niveaux de cœur avec celle de l’ordre local autour de l’atome émetteur de photoélectrons. L’intensité de la photoémission est mesurée en fonction de l’angle d’émission au-dessus de l’échantillon [4], donnant des informations sur les distances interatomiques, les angles des liaisons et les états chimiques. Il est alors idéalement adapté aux mesures des distorsions atomiques d’extrême surface des couches minces FE en épitaxie [5]. IRAMIS vient d’acquérir un nouveau dispositif d’XPD à haute résolution angulaire et un système d’acquisition automatisé.

Les couches minces seront préparées par l’Institut National de Physique des Matériaux (Magurele, Roumanie). Les analyses XPD seront faites en fonction des conditions redox des recuits in-situ. L’analyse des données sera effectuée avec les procédures utilisant le logiciel Igo Pro.

[1] A. Pancotti et al., Phys. Rev. B 87, 184116 (2013).
[2] M. Highland et al., Phys. Rev. Lett. 107, 187602 (2011).
[3] R.J. Zeches et al., Science 326, 977 (2009).
[4] J. Osterwalder et al., Phys. Rev. B 44, 13764 (1991).
[5] L. Despont et al., Phys. Rev. B 73, 094110 (2006).
Techniques utilisées au cours du stage :
Diffraction des photoélectrons, diffraction des électrons à basse énergie, spectroscopie des photoélectrons

Mots clés : Diffraction des photoélectrons, ferroélectrique, couches minces, contrainte

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