Topologie de Parois Ferroélectriques Conductrices – TOPELEC

Les parois ferroélectriques ont suscité un intérêt grandissant ces dix dernières années, de par leurs propriétés diélectriques, optiques, électroniques et mécaniques exceptionnelles qui peuvent être sensiblement différentes de celles des domaines adjacents. Contrairement aux parois magnétiques fondamentales, les parois ferroélectriques ont une largeur n’excédant pas quelques mailles atomiques. Ces interfaces abruptes séparant deux domaines adjacents sont capables de présenter une conductivité électronique allant jusqu’à 10 µA dans un cristal isolant de LiNbO3 (LNO). Grace à leurs propriétés remarquables, les parois ferroélectriques sont actuellement pressenties pour des applications en tant que nano-dispositifs fonctionnels à part entière. Motivés par de récentes études montrant l’existence d’une configuration de type Néel et Bloch au cœur de ces parois –alors qu’elles ont longtemps été considérées de type Ising–, ce projet a pour but d’étudier et de contrôler la topologie des parois conductrices et son effet sur les propriétés physiques et optiques.

Le consortium Franco-Allemand formé pour le projet TOPELEC a précédemment démontré la possibilité de contrôler la conductivité des parois ferroélectriques en fonction de leur angle d’inclinaison. Par ailleurs, le développement d’une méthode basée sur l’analyse de la symétrie locale leur a permis de détecter toute déviation de la structure interne des parois de la configuration Ising conventionnelle, et de révéler leur topologie en utilisant la génération de seconde harmoniques avec analyse polarimétrique couplée à des simulations numériques. Ce projet a pour objectif d’associer les efforts des deux équipes pour contrôler la topologie ainsi que la chiralité des parois ferroélectriques conductrices dans des matériaux modèles de la famille des niobates de lithium. Ce contrôle s’effectuera en fonction de l’angle d’inclinaison des parois, de leur courbure, du champ électrique appliqué dans des géométries étudiées, du taux de dopage dans le cristal photonique ferroélectrique et de sa stœchiométrie. Le projet TOPELEC permettra une meilleure compréhension des mécanismes qui régissent la topologie des parois ferroélectriques en lien avec la leur conductivité. L’obtention d’un bon niveau de contrôle de ces propriétés facilitera l’intégration des parois ferroélectriques dans les nanodispostifs optoélectroniques de demain.