Explorer l’élasticité des matériaux multiferroïques

Mar 3, 2021 | MPQ, SQUAP

Les multiferroïques sont des matériaux qui possèdent simultanément un ordre ferroélectrique et un ordre magnétique qui dans certains cas interagissent. La combinaison de ces propriétés est prometteuse pour les futures architectures de calcul hybride qui transforment les informations d’un état à un autre, comme les excitations de spin en charge, en phonons ou en photons.

Figure 1 : Représentation polaire des vitesses du son expérimentales (symboles) et théoriques (lignes) des ondes acoustiques de volume et de surface dans un crystal de BFO.

Figure 2 : Animation montrant la propagation d’ondes acoustiques de surface depuis l’épicentre lors de l’expérience pompe-sonde acoustique sur un crystal de BFO.

Parmi les multiferroïques, la ferrite de bismuth (BiFeO3) est un matériau aux propriétés exceptionnelles qui se développent à température ambiante. Il a démontré son potentiel applicatif en nanoélectronique, photovoltaïque et pour ses propriétés de photo-striction avec la mise au point de piézotransducteurs à déclenchement optique. Bien qu’étant un composé très étudié, les propriétés élastiques de BiFeO3 (BFO), indispensables pour l’intégration de ce matériau dans les dispositifs, demeuraient incomplètes.

Pour y remédier, l’équipe acoustique pour les nanosciences de l’INSP de Sorbonne université, le laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux de l’université Sorbonne Paris Nord et l’équipe SQUAP du LMPQ ont déterminé toutes les constantes élastiques Cij de BFO.

Pour cela, les chercheur.se.s ont mis en œuvre une expérience pompe-sonde à l’échelle de la picoseconde sur le monocristal de BFO pour mesurer les vitesses du son des ondes acoustiques. A partir d’un ensemble de constantes élastiques initiales calculées par la théorie fonctionnelle de la densité, la résolution de l’équation de Christoffel donne accès aux premières vitesses théoriques. La minimisation de la différence entre les vitesses expérimentales et théoriques permet de déterminer les six constantes élastiques Cij indépendantes. La comparaison de la dépendance directionnelle des vitesses du son expérimentales et théoriques permet d’identifier les modes acoustiques transversaux longitudinaux, rapides et lents et l’onde de surface de Rayleigh généralisée.

Contact :
Maximilien Cazayous (maximilien.cazayous@u-paris.fr)

Référence :
Elastic properties assessment in the multiferroic BiFeO3 by pump and probe method, P. Hemme, P. Djemia, P. Rovillain, Y. Gallais, A. Sacuto, A. Forget, D. Colson, E. Charron, B. Perrin, L. Belliard, M. Cazayous, Appl. Phys. Lett. 118, 062902 (2021).

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