Les structures de domaine de fermeture de flux (FCD) sont des phénomènes topologiques microscopiques trouvés dans des films minces ferroélectriques qui présentent des propriétés de polarisation électrique distinctes. Ces domaines en boucle fermée ont attiré l'attention des chercheurs étudiant de nouveaux dispositifs ferroélectriques, allant des composants de stockage de données et des jonctions tunnel spintronique aux condensateurs ultra-minces.

Dans le développement de couches minces pour de tels dispositifs, les chercheurs ont pensé que le contact avec les électrodes d'oxyde couramment utilisées limite la formation de FCD. Cependant, un groupe de chercheurs en Chine a montré le contraire. Les résultats sont rapportés cette semaine comme l'article de couverture dans Lettres de physique appliquée , des éditions AIP.

Les matériaux ferroélectriques sont généralement développés et étudiés sous forme de couches minces, parfois aussi mince que quelques nanomètres. Par conséquent, les chercheurs ont commencé à découvrir les structures de domaine abondantes et les propriétés physiques uniques que possèdent ces ferroélectriques, tels que skyrmion et la formation FCD qui pourraient profiter aux appareils électroniques de prochaine génération. Parce que les films sont si minces, cependant, leur interaction avec les électrodes est inévitable.

"La pensée générale a été que les électrodes d'oxyde déstabiliseraient les domaines de fermeture de flux. Cependant, nos travaux ont montré que ce n'est plus vrai lorsque les électrodes supérieure et inférieure sont symétriques, ce qui a du sens physiquement, " dit Yinlian Zhu, professeur à l'Institute of Metal Research de l'Académie chinoise des sciences et co-auteur de l'article.

Zhu et ses collègues ont utilisé deux types d'électrodes en oxyde :l'une à base de ruthénate de strontium, l'autre à base de manganite de lanthane strontium, choisies comme électrodes d'oxyde en raison de leurs structures de pérovskite similaires, qui fonctionnent bien dans la croissance de film couche par couche. Ils ont étudié comment ces électrodes influençaient la formation de FCD dans des films minces à base d'oxyde de pérovskite PbTiO3 (PTO) déposés sur des substrats d'oxyde de gadolinium et de scandium (GSO).

Les études précédentes de l'équipe de recherche ont indiqué que les domaines de fermeture de flux peuvent être stabilisés dans des films ferroélectriques contraints dans lesquels la contrainte joue un rôle critique dans la formation de domaines de fermeture de flux, tels que les systèmes multicouches PTO/titanate de strontium cultivés sur des substrats à base de GSO (en particulier GdScO3).

Sur la base de leurs études antérieures, les chercheurs ont donc anticipé qu'un phénomène similaire pourrait également se produire dans les systèmes PTO/électrode. Ils ont ensuite fait pousser des films PTO pris en sandwich entre des électrodes d'oxyde symétriques sur des substrats GSO en utilisant un dépôt laser pulsé.

Ils ont découvert que les réseaux FCD périodiques peuvent être stabilisés dans les films PTO lorsque les électrodes supérieure et inférieure sont symétriques, tandis que des domaines de courant alternatif apparaissent lorsqu'ils appliquent des électrodes asymétriques.

"Nous avons réussi à développer des films minces ferroélectriques avec des électrodes d'oxyde symétriques dans lesquelles des domaines de fermeture de flux et leurs réseaux périodiques existent clairement, " a déclaré Zhu. "Notre travail met en lumière la compréhension de la nature des domaines de fermeture de flux dans les ferroélectriques. Nous espérons que cela ouvrira des possibilités de recherche sur l'évolution de ces structures sous des champs électriques externes."