Inversión de dominios ferroeléctricos en películas ultradelgadas de PbTiO3 inducida por un gradiente de deformación local

BELLETTI G.; DALOSTO S.; TINTE S.

Congreso; V Reunión Nacional Sólidos - Rosario 2013; 2013

La flexoelectricidad describe el acoplamiento lineal entre la polarización eléctrica (P) y un gradiente de deformación. Su efecto generalmente débil en muestras macroscópicas puede afectar considerablemente las propiedades de nanoestructuras, por ejemplo invirtiendo dominios ferroeléctricos, tal como han mostrado recientes experimentos de escritura mecánica generada con la punta de un microscopio de fuerza atómica en un volumen nanométrico de películas de BaTiO3.[1]En este trabajo caracterizamos a nivel atómico la inversión mecánica de la polarización eléctrica inducida por un gradiente de deformación de la red, en películas ultradelgados de PbTiO3 con dominios ferroeléctricos debido a las condiciones eléctricas de circuito abierto. Para ello, usamos un modelo atomístico desarrollado a partir de cálculos de primeros principios y realizamos simulaciones de Dinámica Molecular clásica a bajas temperaturas donde el PbTiO3 es tetragonal ferroeléctrico. Primero reexaminamos las propiedades de películas libres, y confirmamos que la inhomogeneidad de la polarización, deformación de la red (gradiente de deformación) y ángulos de rotación antiferrodistorsivos, no sólo aparece en las celdas superficiales sino también en la vecindad de las paredes de dominios. Encontramos además un espesor crítico de 20 celdad unidad que separa las películas según su morfología de dominios: las más delgadas muestran clausura de flujo alrededor de un centro dondeconfluyen cuatro paredes de dominios a ∼ 90º, mientras que en las más gruesas el centro se estira desarrollando paredes de dominios a 180º tipo Landau-Lifshitz. Después de esta caracterización, aplicamos un gradiente lineal de deformación compresivo vertical en la mitad superior de la película y en el centro del dominio cuya P apunta hacia abajo. Aumentando gradualmente el valor del gradiente, analizamos la evolución de la P local hasta observar su inversión, lo que no sucede si se aplica el gradiente en el dominio con P opuesta.Esto puede entenderse gracias al conocimiento detallado de las propiedades a nivel atómico, y muestra que la flexoelectricidad provee un medio para sintonizar las configuraciones de dominios en sistemas ferroeléctricos.Referencias1 H. Lu, C.-W. Bark, D. Esque de los Ojos, et. al, Science 336, 59 (2012).