Interplay Between Ferroelectricity and Surface Chemistry in BaTiO3
Els materials ferroelèctrics tenen una polarització elèctrica permanent que pot reorientar-se entre els estats d'equilibri si s'aplica un camp elèctric extern amb l'orientació i magnitud adequada. Degut a que els materials ferroelèctrics tenen una mida finita, aquesta polarització pre...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:268588 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/268588 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Química de superfícies ferroelèctriques Química de superficies ferroeléctricas Ferroelectric surface chemistry Titanat de bari Titanato de bario Barium titanate Catàlisi Catálisis Catalysis Ciències Experimentals |
| Sumario: | Els materials ferroelèctrics tenen una polarització elèctrica permanent que pot reorientar-se entre els estats d'equilibri si s'aplica un camp elèctric extern amb l'orientació i magnitud adequada. Degut a que els materials ferroelèctrics tenen una mida finita, aquesta polarització presenta una discontinuïtat a la interfície entre el ferroelèctric i el medi que l'envolta, donant-hi lloc a l'acumulació de càrregues i el conseqüent camp de despolarització. En alguns casos, si aquest camp no es compensa prou, pot arribar a ser suficientment gran com per desestabilitzar el material ferroelèctric. Aquesta compensació necessària pot produir-se internament per portadors de càrrega lliure, externament amb elèctrodes metàl·lics, o en el cas de mostres sense elèctrodes, amb diferents adsorbats com per exemple, l'aigua present a l'ambient i els seus productes de dissociació. Per tant, segons la compensació del camp de despolarització, ambdós mecanismes interns i externs juguen un rol important a l'hora de definir la química de superfície en els ferroelèctrics. En aquest sentit, els materials ferroelèctrics són capaços de crear estats químics específics a la superfície segons la polarització (p. ex. estequiometria, configuració electrònica i estructural); els quals a més, governen l'adsorció, desorció i les barreres per a les reaccions químiques de molècules d'adsorbats en superfícies polaritzades de ferroelèctrics. A més a més, la relació entre la química de superfície i la ferroelectricitat és bidireccional: qualsevol canvi en la composició química de la superfície comporta un canvi en les condicions de contorn d'aquesta i en els camps de despolarització, que en conjunt, pot tenir profundes conseqüències en les interaccions dipolars i sobre les propietats ferroelèctriques en capes primes (on la proporció superfície/volum és gran). Al mateix temps, això obre nous camins cap al control químic de la ferroelectricitat, on mitjançant l'ajust de la química de superfície es podrien assolir les propietats ferroelèctriques desitjades o, vici versa, la modificació de la polarització amb camps externs es podria utilitzar en processos (ferro)catalítics. Malgrat això, aquestes tasques en realitat són un repte, ja que existeixen fortes limitacions en el coneixement experimental de les interaccions químiques a la superfície de capes primes ferroelèctriques. Aquestes limitacions inclouen tant les espècies químiques involucrades, com la dinàmica dels processos electroquímics de compensació - els quals, al seu torn, afecten la mida dels dominis (que serien els "bits" en memòries ferroelèctriques), al voltatge coercitiu, i a la velocitat màxima a la qual la informació pot ser enregistrada en capes primes ferroelèctriques, sent d'interès pràctic en aplicacions d'emmagatzematge d'informació. Aquesta tesi doctoral investiga tots aquests aspectes. Començant amb la preparació de capes primes epitaxials d'alta qualitat de BaTiO3 ferroelèctric, utilitzat com el material principal en aquesta tesi, el treball presentat englobarà l'estudi de la interacció entre ferroelectricitat i química de superfície des de diferents perspectives. La química superficial de les capes primes de BaTiO3, dependent de la polarització i l'exposició ambiental, i la seva evolució durant la modulació dinàmica de la polarització a traves de la temperatura de transició de Curie en condicions de vapor d'aigua, s'estudia per espectroscòpia fotoelectrònica de rajos X convencional i a pressió ambiental (AP-XPS). L'efecte de l'aigua adsorbida serà també examinat en el marc d'experiments de litografia ferroelèctrica i estudis de microscòpia de força per piezoresposta (PFM) en condicions controlades d'humitat, mitjançant la investigació de l'efecte de la humitat relativa en la velocitat màxima de gravat de dominis, la seva mida i la dinàmica de la commutació. Finalment, la influència de molècules diferents a la de l'aigua serà estudiada mitjançant la funcionalització química amb molècules d'àcid para-aminobenzòic (pABA). |
|---|