Contrôle de la topologie et de la fonctionnalité des ferroélectriques par structuration thermique – TopoTherm

Dans ce projet, nous étudierons comment induire des propriétés fonctionnelles et des structures topologiques dans les matériaux ferroélectriques au moyen de variations locales de température. Un tel contrôle thermique constituerait un nouveau paradigme pour la création de matériaux fonctionnels dynamiques.
Considérons un échantillon ferroélectrique avec des régions chaudes au-dessus de la température de Curie (état paraélectrique) et des régions froides en dessous (état ferroélectrique). Cela imite les hétérostructures ferroélectriques-paraélectriques dont on a récemment montré qu'elles présentaient des propriétés remarquables allant de la capacité négative à la chiralité et aux skyrmions électriques. Ces matériaux hétérogènes - par exemple les super-réseaux - attirent beaucoup d'attention en raison de leur richesse physique et fonctionnelle, mais ils sont difficiles à produire. Notre objectif est d'obtenir des effets similaires sur demande, dans des composés ferroélectriques simples comme le PbTiO3 ou le BaTiO3, en appliquant des modulations de température appropriées.
Nous mènerons nos études à l'aide de simulations numériques. Nous explorerons des stratégies pour induire des topologies électriques non triviales, améliorer les propriétés fonctionnelles (par exemple, la réponse diélectrique) et même induire de nouveaux comportements (par exemple, la capacité négative). Nous utiliserons des simulations atomistiques pour tester les mécanismes physiques de base qui sous-tendent le contrôle thermique du comportement, tandis que des méthodes complémentaires d'éléments finis nous permettront d'effectuer des simulations sur des échelles de longueur (µm) et de temps (µs) pertinentes d'un point de vue expérimental. Enfin, nous poursuivrons la validation expérimentale de nos prédictions les plus prometteuses.