Lumière sur les parois ferroélectriques
Publié par Redbran le 23/10/2017 à 12:00
Source: CNRS-INP
Pour la première fois, une équipe de chercheurs a observé que la paroi séparant deux domaines d'un matériau ferroélectrique présente une polarisation non nulle, contrairement à ce qu'il était admis jusque là. L'exploitation de la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...) de ces parois ouvre des perspectives encourageantes pour l'accroissement des capacités de stockage des mémoires numériques.


La partie à gauche de l'image représente l'organisation de la polarisation (flèches) Informations complémentaires dans des parois séparant deux domaines opposés (couleurs rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et verte). À droite, la configuration tridimensionnelle d'une paroi chirale révélée par imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) non-linéaire dans un cristal photonique (Les cristaux photoniques sont des structures périodiques de matériaux diélectriques ou métalliques conçues pour modifier la propagation des ondes électromagnétiques de la même manière qu'un potentiel périodique...) ferroélectrique. L'analyse de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) émise par cette paroi (plot polaire) révèle une polarisation préférentielle le long de la paroi, en accord avec une structure interne de type Bloch. © SaliaCherifi-Hertel, IPCMS (CNRS/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) de Strasbourg).

Les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) ferroélectriques sont constitués de régions microscopiques où la polarisation électrique est figée dans une même orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;). La frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une...) séparant deux domaines ferroélectriques de polarisation opposée était jusqu'à présent méconnue, notamment à cause de sa taille qui n'excède pas quelques dizaines de nanomètres. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) et chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) des matériaux de Strasbourg sont toutefois parvenus à l'observer grâce à l'imagerie laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) et à des simulations numériques.

Il était généralement admis que les parois ferroélectriques présentent une configuration de type Ising, autrement dit une polarisation interne nulle. Menée sur deux matériaux modèles, car ayant fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) de récentes études théoriques, cette exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) des parois a révélé qu'il n'en est rien. En effet, l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible...) laser a mis en évidence une émission optique non linéaire localisée sur les parois. L'analyse de cette réponse optique, et sa modélisation, a montré une déviation nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un...) par rapport à celle que donnerait une polarisation nulle de type Ising. Et selon la symétrie du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) étudié, il a été observé une polarisation parallèle ou perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum (fil à plomb) et justifie la généralisation...). Elle est donc non seulement non nulle, mais elle peut prendre plusieurs orientations. Ces parois ont été appelées parois de Néel, ou Bloch selon l'orientation de la polarisation, par analogie avec les parois observés dans les matériaux ferromagnétiques.

L'organisation en domaines de matériaux ferroélectriques permet d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des réseaux de distribution d'électricité et de gaz pour les 8...) et déjà le codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des données vers une autre.) binaire de l'information dans les mémoires numériques. En offrant la possibilité d'exploiter en plus la polarisation interne des parois, cette étude contribue à la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) vers l'accroissement de la capacité de stockage numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition...). Elle permet aussi de franchir un pas supplémentaire dans l'observation des parois ferroélectriques en révélant leur structure en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...).

Les travaux présentés impliquent des chercheurs de l'Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS, CNRS/Univ. Strasbourg), de l'Université de Genève et du KTH Royal Institute of Technology de Stockholm. Ils sont publiés dans la revue Nature Communications.

Pour plus d'information voir:
Non-Ising and chiral ferroelectric domain walls revealed by nonlinear optical microscopy
S. Cherifi-Hertel, H. Bulou, R. Hertel, G. Taupier, K. Dodzi (Honorat) Dorkenoo, C. Andreas, J. Guyonnet, I. Gaponenko, K. Gallo & P. Paruch
Nature Communications (2017), doi:10.1038/ncomms15768

Contact chercheur:
Salia Cherifi-Hertel, chargée de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) CNRS
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