Direct Visualization of Anti-Ferroelectric Switching Dynamics via Electrocaloric Imaging

The large electrocaloric coupling in PbZrO allows using high-speed infrared imaging for visualizing anti-ferroelectric switching dynamics via the associated temperature change. It is found that in ceramic samples of homogeneous temperature and thickness, switching is fast due to the generation of multiple nucleation sites, with devices responding in the millisecond range. By introducing gradients of thickness, however, it is possible to change the dynamics to propagation limited, whereby a single-phase boundary sweeps across the sample like a cold front, at a speed of ≈20 cm s. Additionally, introducing thermostatic temperature differences between two sides of the sample enables the simultaneous generation of a negative electrocaloric effect on one side and a positive one on the other, yielding a Janus-like electrocaloric response.The authors acknowledge financial support to ICN2, which is funded by the CERCA programme/Generalitat de Catalunya and by the Severo Ochoa programme of the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness (MINECO, Grant No. SEV-2017-0706). The authors also acknowledge the support of Plan Nacional (MINECO, Grant Nos. MAT2016-77100-C2-1-P and BES-2016-077392), as well as the Agencia Estatal de Investigacion (Grant No. PID2019-108573GB-C21). R.F. and E.D. thank the Luxembourg National Research Fund (FNR) for funding part of this research through the projects CAMELHEAT/C17/MS/11703691/Defay. This work was also supported in part by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities under the HIPERCELLS project (RTI2018-098392-B-I00), the Regional Government of the Generalitat de Catalunya under Grant Nos. 2017 SGR 1384 and 2017 SGR 00579. This work was also supported by the National Science Centre, Poland, within the Project No. 2016/21/B/ST3/02242

Origin of the Large Negative Electrocaloric Effect in Antiferroelectric PbZrO3

We have studied the electrocaloric response of the archetypal antiferroelectric PbZrO3 as a function of voltage and temperature in the vicinity of its antiferroelectric-paraelectric phase transition. Large electrocaloric effects of opposite signs, ranging from an electro-cooling of -3.5 K to an electro-heating of +5.5 K, were directly measured with an infrared camera. We show by calorimetric and electromechanical measurements that the large negative electrocaloric effect comes from an endothermic antiferroelectric-ferroelectric switching, in contrast to dipole destabilization of the antiparallel lattice, previously proposed as an explanation for the negative electrocaloric effect of antiferroelectrics.Comment: Article (17 pages) and supplemental material (12 pages) present in .pdf fil

Recherche de matière noire au sein de l'expérience EDELWEISS avec des bolomètres à double composante Ionisation/Chaleur, rejet des évènements de surface avec la voie ionisation.

Understanding the nature of non-baryonic dark matter is one of the most fascinating and challenging goals of modern physics. WIMP (Weak Interactive Massive Particle) direct detection experiments such as EDELWEISS test the hypothesis that dark matter is made up of particles (neutralino) predicted by the supersymmetry and having an interaction cross-section with the nucleon of about 10-8 picobarn. For that purpose, EDELWEISS uses ultrapure cryogenic germanium detectors combining ionisation and heat measurements. This allows the discrimination between nuclear recoils as expected for WIMPs and the electronic recoils induced by the particles of the radioactive background. The main limitation of this technique comes from events close to the detector surface that mimic nuclear recoils. The solution presented here is based on a coplanar grid technique for surface event identification with ionization signals. We present the principle of this type of detector, the fabrication of a prototype and its study: tests with different radioactive sources in a surface laboratory and in the site of the experiment in the Modane underground laboratory (LSM). The experimental results are analysed in details and compared to a modelization of the signals expected for the different event populations. The obtained gamma and surface event (beta) rejection demonstrates the possibility to reach at least 10-8 picobarn in the frame of the EDELWEISS II experiment which chose to use this type of detector for the future.Une des questions majeures de la physique moderne est la détermination de la nature de la matière noire non-baryonique. Les expériences de détection directe de WIMPs (acronyme signifiant particules massives interagissant faiblement) comme EDELWEISS testent l'hypothèse que celle-ci est composée de particules (neutralino) prédites par la supersymétrie et ayant une section efficace d'interaction avec les nucléons d'environ 10-8 picobarn. Pour ceci, EDELWEISS utilise des détecteurs cryogéniques en germanium ultra-pur à double composante ionisation/chaleur, ce qui permet la discrimination des reculs nucléaires attendus pour les WIMPs des reculs électroniques induits par les particules du bruit de fond radioactif. La principale limitation de cette méthode provient des évènements proches de la surface des détecteurs (dus notamment aux betas) qui peuvent être confondus avec des reculs nucléaires. La solution présentée dans cette thèse est l'utilisation de détecteurs à grilles coplanaires pour le rejet des évènements de surface sur la base des signaux d'ionisation. Nous décrivons le principe de ces détecteurs, la réalisation d'un prototype et son étude : tests pratiqués avec différentes sources radioactives en laboratoire de surface puis sur le site-même de l'expérience au Laboratoire Souterrain de Modane. Les résultats expérimentaux sont analysés en détail et comparés à une modélisation approfondie des signaux attendus pour les diverses populations d'évènements. Le pouvoir de rejet des évènements gamma et des évènements de surface betas obtenu démontre la possibilité d'atteindre au moins 10-8 picobarn dans le cadre de l'expérience EDELWEISS II qui a retenu ce type de détecteur pour l'avenir

Recherche de matière noire au sein de l'expérience EDELWEISS avec des bolomètres germanium à double composante ionisation/chaleur (Rejet des évènements de surface avec la voie ionisation)

L'expérience EDELWEISS est une expérience de détection directe de matière noire avec des détecteurs de germanium ultrapur avec double composante ionisation/chaleur. Le principal problème de cette expérience est l'élimination du bruit de fond lié aux évènements provenant des surfaces du détecteur. La solution proposée dans cette thèse est basée sur le principe de détecteurs à grilles coplanaires qui permettent un rejet des évènements de surface avec des signaux d'ionisation. On détaille la conception, les tests spécifiques avec différentes sources radioactives en laboratoire de surface et en site souterrain (Laboratoire Souterrain de Modane), ainsi qu'un cadre théorique relativement simple (basé sur l'étude de cartes de champ du bolomètre) qui permettent de rendre compte d'un grand nombre d'observations effectuées. Les résultats obtenus avec ces détecteurs sont extrêmement encourageants car ils démontrent de très bonnes capacités de rejet des évènements de surface (supérieures à 99.998%). A cause de ces performances, EDELWEISS a donc décidé d'utiliser ce type de détecteur pour équiper l'expérience.EDELWEISS is a direct dark matter search with germanium bolometers with double component ionization/heat. The main limitation of the experiment comes from events appearing at the surfaces of the detectors. The solution proposed in this PhD is based on the principle of coplanar grid detectors that allow a surface event rejection with ionization signals. We present the conception, the dedicated tests made with different radioactive sources in a surface laboratory and in the underground laboratory of Modane (LSM), and a theoretical interpretation of this detector based on electric fiedmap of the detector that . The results of this detector are extremely encouraging because they show very good surface event rejection (better than 99.998%). Looking this performances, EDELWEISS choozed this kind of detector to equip the experiment.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Sign of the nonlinear dielectric susceptibility of amorphous and crystalline SrTiO 3 films

International audienc

Giant negative electrocaloric effect with antiferroelectrics

Resumen del trabajo presentado al 4th Scientific Meeting of BNC-b Students (JPhD), celebrado en Bellatera (España) del 6 al 7 de junio de 2019.Peer reviewe

Caractérisation et modélisation radiofréquence d'un pare-brise de voiture

National audienceCet article présente les résultats de caractérisations et de modélisation radiofréquence de pare-brises automobiles. Ce travail portant sur l 'étude d'un système de péage urbain à base de communications RFiD UHF. Nos mesures montrent que les pare-brises dit « athermiques » présentent des pertes d'insertions > 18 dB alors que les pertes des pare-brises « classiques » varient entre 0,5 et 3,4 dB dans la bandes 0,7 à 5 GHz. Un modèle linéaire de ces pertes avec la fréquence est également décrit

Direct measurement of electrocaloric effect in P(VDF-TrFE-CFE) film using infrared imaging

Poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) P(VDF-TrFE-CFE) is a relaxor ferroelectric polymer, which exhibits a temperature-independent electrocaloric effect at room temperature. In this work, the electrocaloric effect in P(VDF-TrFE-CFE) film was directly analysed using infrared imaging. P(VDF-TrFE-CFE) 64.8%/27.4%/7.8% (in mole) film of (15 ± 1) μm thickness was deposited on polyethylene naphthalate substrate. Direct ECE of P(VDF-TrFE-CFE) film was measured from 15 to 35 °C at different electric fields. A maximum adiabatic temperature change (ΔTad) of 3.58 K was measured during the cooling cycle at a field of 100 V/μm at 30 °C. Finite element analysis of temperature dissipation through the sample estimated that the actual temperature change within P(VDF-TrFE-CFE) film was 4.3 K. Despite the thermal mass of the substrate, a substantial ECE was observed in P(VDF-TrFE-CFE) films. This electrocaloric terpolymer composition could be of interest for electrocaloric cooling applications