Dielectric relaxation, electrostrictive properties and Raman light scattering in PbZrO3 and PbHfO3 single crystals pure and doped with small amount of PbTiO3

Abstract

UnavailableLe travail de recherche est une étude de la relaxation diélectrique, des propriétés électrostrictives et de la diffusion de lumière Raman dans deux systèmes pérovskites à base de plomb dopés au titane : _ le système PbZrO3 pur ou faiblement dopé par des ions de Ti _ le système PbHfO3 pur ou faiblement dopé par des ions de Ti qui ont comme caractéristique commune de présenter une (pour PbZrO3) voire deux (pour PbHfO3) transitions de phase structurales vers des phases anti-ferroélectriques (AFE). Le but des travaux de la thèse est d'étudier expérimentalement et théoriquement les transitions de phase structurales exhibées par les deux systèmes, et notamment celles menant à des phases AFE, ainsi que d'en comprendre les mécanismes. Pour arriver à ces objectifs, il a été mis en œuvre des mesures de relaxation diélectrique, des propriétés électrostrictives et de diffusion de lumière Raman, cela dans des intervalles de températures allant 10 k à 700 k et dans des gammes de fréquences de 10 hz à 10 mhz pour les mesures diélectriques et électrostrictives. Les différentes mesures ont été réalisées sur des monocristaux purs de PbZrO3 et de PbHfO3 et sur des monocristaux présentant de faible dopage (de l'ordre de 1%) en ions Ti. Le développement de la thèse comporte quatre parties détaillant les différentes phases du travail. Le premier chapitre, consacré à un rappel des propriétés diélectriques et structurales des deux systèmes étudiés, pose l'objet scientifique de l'étude envisagée en la situant dans le champ des connaissances déjà acquises et en posant les problèmes non résolus et abordes. Le second chapitre du mémoire est consacré aux propriétés diélectriques des cristaux étudiés. A partir des éléments théoriques essentiels concernant les fonctions de susceptibilités diélectriques de matériaux isolants et du rappel des conditions et dispositifs expérimentaux mis en œuvre, ce chapitre donne un aperçu systématique des résultats expérimentaux obtenus. Une forte relaxation a été mise en évidence à la basse fréquence et est attribuée à des processus de type électrochimique. Les échantillons étudiés présentent également la propriété commune d'une dispersion diélectrique significative dans le domaine du khz attribuée aux impuretés et à des désordres dans le sous-réseau des ions oxygène. Le troisième chapitre du mémoire décrit les études électromécaniques entrepris sur les systèmes cristallins analyses et montre l'apparition, simultanément aux relaxations dipolaires, de dispersions de la déformation électrostrictive. Le quatrième chapitre de la thèse, concernant une étude expérimentale systématique de la diffusion de lumière Raman met en évidence l'existence d'amas dipolaires dynamiques dans la phase paraélectrique ainsi que l'occurrence d'un mode ferroélectrique mou. Par ailleurs, les contributions respectives des dynamiques phononiques et relaxationnelles sont analysées lors de la transition de phase PE - AFE2 - AFE