Fases topológicas en intercaras de óxidos ferroeléctricos
Este trabajo de tesis presenta un estudio teórico de los patrones no triviales del campo de polarización que se producen en superredes compuestas por la yuxtaposición de un material ferroeléctrico (PbTiO3) y un dieléctrico (SrTiO3). En estas heteroestructuras, la interacción entre las energías elect...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Cantabria (UC) |
| Repositorio: | UCrea Repositorio Abierto de la Universidad de Cantabria |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.unican.es:10902/30798 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/10902/30798 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ferroelectricidad Topología Simulaciones desde segundos-principios Superredes PbTiO3/SrTiO3 Transiciones de fase Quiralidad Capacidad negativa local Vórtices Skyrmiones BKT Ferroelectricity Topology Second-principle simulations PbTiO3/SrTiO3 superlattices Phase transitions Chirality Local negative capacitance Vortices Skyrmions |
| Sumario: | Este trabajo de tesis presenta un estudio teórico de los patrones no triviales del campo de polarización que se producen en superredes compuestas por la yuxtaposición de un material ferroeléctrico (PbTiO3) y un dieléctrico (SrTiO3). En estas heteroestructuras, la interacción entre las energías electrostática, elástica y de gradiente genera patrones de polarización complejos que exhiben una rotación continua de los dipolos eléctricos locales. El primer objetivo de la tesis es caracterizar las diferentes posibles configuraciones desde un punto de vista topológico. Además, se estudia la agrupación de dichas configuraciones en clases en las que los elementos pertenecientes a una misma clase puedan relacionarse mediante deformaciones continuas del campo vectorial de polarización. Una vez realizada dicha clasificación, el segundo objetivo es comprender las interacciones físicas requeridas para obtener ordenaciones no triviales de la polarización y estudiar cómo influyen determinados factores en la estructura final. Entre ellos son de especial relavancia (i) los espesores de los materiales ferroeléctricos y dieléctricos utilizados, (ii) las condiciones de contorno mecánicas impuestas por el sustrato encima del cual se han crecido dichas superredes, (iii) la temperatura a la cual se encuentra sometido el sistema, y (iv) la posible aplicación de campos eléctricos externos. Se estudian con especial atención el Skyrmion de burbuja polar, la fase de vórtices polares y diversas geometrías en las que la polarización está confinada en el plano. Utilizando novedosas técnicas computacionales para la simulación atomística de materiales (métodos de segundos principios implementados en el código SCALE-UP) se analiza la estabilización de todas estas fases y se estudia su diagrama de fases como función de la temperatura y el campo eléctrico aplicado. Por último, se analizan algunas de las exóticas propiedades funcionales que muestran los ordenamientos de polarización emergentes, como la capacidad negativa local o su carácter quiral, que hacen que estos sistemas sean muy interesantes desde el punto de vista tecnológico. Además, se dan estrategias para controlar dichas propiedades mediante campos eléctricos homogéneos. Todo este trabajo se ha desarrollado en el contexto de una intensa colaboración con destacados grupos experimentales, principalmente de la Universidad de Berkeley, que corroboran la mayoría de los resultados teóricos presentados durante la tesis. El trabajo teórico desarrollado ha sido una parte central para la fertilización cruzada teoría/experimento y el avance en el campo de las texturas topológicas de la polarización. |
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