Transport électronique dans des nanofeuilles d’oxydes

Axe 4 - Dimensionnalité et confinement

Thèse de Remi FEDERICCI

Soutenue le vendredi 30 septembre à 14h
Amphithéâtre Paul-Schützenberger, Bât N, 1er étage
ESPCI Paris, 10 rue Vauquelin
75231 Paris cedex 05

Laboratoires co-porteurs

• Laboratoire de Physique et d'Étude des Matériaux (LPEM)
  Porteuse de projet : Brigitte Leridon
• Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC)
  Co-encadrant : Abhay Shukla

Projet de recherche

Les travaux présents dans ce manuscrit traitent de l'étude du dititanate de rubidium de stœchiométrie Rb2Ti2O5.

Ce matériau est synthétisé dans les laboratoires du LPEM, et en collaboration avec l'Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes. Le procédé de synthèse par voie chimique est présenté de façon détaillée dans le manuscrit.

Une caractérisation par diffraction à rayon X en fonction de la température, réalisée sur poudre et monocristal montre que le groupe d'espace du composé est C2/m. Des calculs de DFT de relaxation structurale par méthode abinitio viennent confirmer ces résultats.

Une étude des modes vibratoires du réseau cristallin par spectroscopie Raman et IR en fonction de la température est aussi présentée dans ce manuscrit. Des calculs DFT sur les modes vibratoires du Rb2Ti2O5 sont également présentés pour compléter l'étude spectroscopique. Des clichés par Microscope Electronique à Transmission ainsi que Microscope Electronique à Balayage viennent ajouter des informations sur la structure cristalline et la topographie du matériau.

La majeur partie des travaux présentés dans ce manuscrit relatent des mesures de transport réalisés sur ce composé. Cette étude se compose d'un ensemble de mesure comportant des cycles I-V, Q-V et des mesures de permittivité en fréquence, le tout sur une large plage de température.

Une valeur colossal de permittivité relative (10^8) avec une variation de six ordres de grandeurs entre les basses et hautes fréquences, ainsi que des signatures dans les courants de polarisation de déplacement attestant d'un comportement ferroélectrique seront rapportés.

Les échantillons de Rb2Ti2O5 sont très faiblement conducteurs électroniquement mais de bons conducteurs ioniques. Nous avons mis en évidence des propriétés d'accumulations de charge ionique donnant lieu à des macro-dipôles expliquant une valeur colossale de la constante diélectrique. Ces propriétés s'activent dans une plage de température comprise entre 200K et 300K.

Une étude des propriétés de transport en faisant varier la fréquence et le profil du champ appliqué, a montré que le matériau offrait les propriétés d'un système memristif.

Publications

• Rémi Federicci, Stéphane Holé, Aurelian Florin Popa, Luc Brohan, Benoît Baptiste, Silvana Mer- cone and Brigitte Leridon,
  Rb2Ti2O5−δ : A superionic conductor with colossal dielectric constant"
  Physical Review Materials 1, 032001(R) (2017), Editor’s suggestion.
• Rémi Federicci, B. Bastiste, F. Finocchi, A.F. Popa, L. Brohan, P. Giura, G. Rousse, A. Descamps-Mandine, T. Douillard, A. Shukla and B. Leridon ,
  The crystal structure of Rb2Ti2O5
  Acta Cryst. B73, 1142-1150 (2017)