The new ferroelectric systems (La1-xLnx)2Ti2O7 (Ln = Pr, Nd, Sm) : synthesis, structural characterisations and electrical measurements on bulks and thin films

Les contraintes environnementales préconisent le remplacement des substances à base de plomb présentes dans les équipements électroniques. Dans ce cadre, nous avons synthétisé par voie sol-gel des solutions solides de (La1-xLnx)2Ti2O7 (Ln = Pr, Nd, Sm) sous forme massive et en couches minces sur des substrats de SrTiO3-Nb orientés (100) et (110). Sous forme de céramiques, les propriétés piézoélectriques des solutions solides à structure pérovskite en feuillet sont révélées. Sous forme de couches minces, l’investigation par diffraction de rayons X (DRX) en mode θ/θ montre que les films présentaient une orientation préférentielle (012) lorsqu’ils sont déposés sur des substrats de SrTiO3 orientés (100) et (001) lorsqu’ils sont déposés sur des substrats orientés (110). Des mesures par DRX haute résolution et des cartographies de l’espace réciproque révèlent l’existence d’orientations supplémentaires sur ces films. Ces orientations sont (025) pour les films déposés sur SrTiO3(100) et (212) pour les films déposés sur SrTiO3(110). Les mesures électriques réalisées à l’échelle macroscopique laissent présager le caractère ferroélectrique des films. Les études menées à l’échelle locale en microscopie à force piézoélectrique (PFM) confirment la ferroélectricité de tous les films. Cette microscopie met en évidence l’existence de domaines ferroélectriques dans lesquels les vecteurs de polarisation présentent des composantes dans et hors du plan du film, en bon accord avec les mesures en DRX HR.Ces résultats prometteurs placent ces solutions solides comme des candidats potentiels dans le cadre du remplacement des substances à base de plomb dans les équipements électroniques.The environmental constraints advocate the replacement of lead-based substances found in electronic equipments. In this context, we have synthesized (La1-xLnx)2Ti2O7 (Ln = Pr, Nd, Sm) solid solutions as bulks and thin films deposited on SrTiO3-Nb substrates oriented (100) or (110). In ceramics’ form, ferroelectric and piezoelectric properties of these layered perovskite solid solutions are found. In thin films’ form, the investigation by θ/θ X-ray diffraction (XRD) shows a (012) preferred orientation for the films deposited on (100)-SrTiO3 substrates and (001) for (110)-SrTiO3 substrates’ films. The measurements by high resolution XRD and reciprocal space mappings reveal the existence of supplementary orientations on these films, which are (025) for films deposited on (100)-SrTiO3 substrates and (212) for films deposited on (110)-SrTiO3 substrates. The macroscopic electrical measurements suggest a ferroelectric nature in these samples. The local electrical measurements performed by piezoelectric force microscopy (PFM) confirm the ferroelectricity in all films. This microscope reveals the existence of ferroelectric domains which the polarization vectors have components in and out of film’s plane, in good agreement with HR-XRD results. These promising results place these solid solutions as potential candidates under the replacement of lead-based substances in electronic equipments