Structure and properties of a typical antiferroelectric material : PbZrO3

Parmi les matériaux fonctionnels, les oxydes à structure pérovskite présentent une très grande variété de propriétés, de très nombreux dispositifs avancés les utilisent donc comme éléments actifs. On compte au nombre de ces propriétés l'antiferroélectricité, caractérisée à l'échelle atomique par un agencement antiparallèle de dipôles électriques. Le zirconate de plomb, PbZrO3, est considéré comme l'archétype de l'antiferroélectrique à structure pérovskite. Malgré sa découverte il y a plus de 80 ans, la physique présidant sa relation structure-Propriété reste incomprise. Cette étude de doctorat vise donc à étudier la structure de PbZrO3 sous diverses sollicitations, notamment de température, champ électrique, et pression hydrostatique, les propriétés électriques de ses différentes phases ainsi qu'à proposer des modèles permettant d'expliquer leur relation. L'accent sera mis en particulier sur la phase dite “intermédiaire” et qui présente des propriétés ferroélectriques. La compréhension acquise au cours de cette étude permet de proposer des dispositifs innovants à base de matériau antiferroélectrique.Among functional materials, oxides with a perovskite structure exhibit a large variety of properties which make them an active material of choice in a wide range of advanced devices. Antiferroelectricity is one such property and is characterized at the atomic scale by an antiparallel pattern of electrical dipoles. Lead zirconate (PbZrO3) is considered as the archetype of antiferroelectric perovskites. Despite its discovery more than 80 years ago, the physics presiding over the relationship between its structure and its properties remain to be established. This thesis aims to study the structure of lead zirconate under various conditions (temperature, electric field, hydrostatic pressure), the electrical properties of its phases, as well as to propose models explaining their relationship. This study has a particular focus on the so-Called “intermediate” phase which exhibits ferroelectric properties. The knowledge acquired during this study enables the proposal of innovative devices based on antiferroelectrics