Simulación atomística de estructuras nanoscópicas ferroeléctricas.

M. G. STACHIOTTI; M. SEPLIARSKY; R. L. MIGONI

Merlo, San Luis

Congreso; 91 Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2006

Asociación Física Argentina

Los óxidos con estructura de perovskita son utiliza dos en dispositivos funcionales por sus propiedades dieléctricas, piezoeléctricas y ferroeléctricas. Debido al proceso de integración y miniaturización de los dispositivos, la demanda tecnológica se ha orientado hacia materiales integrados en estructura de capas. El desarrollo de dispositivos utilizando materiales ferroeléctricos ha reavivado el interés y la necesidad de comprender, desde un punto de vista fundamental, como se afectan las propiedades ferroeléctricas de un material cuando se lo deposita en forma de película ultra delgada o de nanodot. Cada nueva generación tecnológica conduce a dispositivos más pequeños, donde las dimensiones se aproximan a las longitudes características relacionadas con la ferroelectricidad. Resultados experimentales recientes han mostrado la presencia de ferroelectricidad en láminas delgadas de PbTiO3, con un espesor de tres parámetros de red, depositadas sobre un substrato de SrTiO3 [1]. Esto indicaría que no existe una dimensión crítica o un límite último para la aparición de ferroelectricidad en óxidos con estructura de perovskita. En este trabajo investigamos los efectos de superfcie y las dimensiones críticas para la aparición de ferroelectricidad en láminas ultra delgadas de BaTiO3 y PbTiO3, y en nanoceldas mediante simulaciones computacionales. Las simulaciones fueron realizadas utilizando modelos atomísticos con parámetros ajustados a cálculos ab-initio. Encontramos que láminas de BaTiO3 de hasta 2 nm de espesor y nanocubos de hasta 3.6 nm de lado presentan propiedades ferroeléctricas [2]. Posteriormente investigamos los efectos de la interfase película /substrato en las propiedades ferroeléctricas de láminas ultra delgadas de PbTiO3 depositadas sobre un substrato paraeléctrico de SrTiO3 [3]. Mostramos que la correlación de desplazamientos entre iones de la película y del substrato, a través de la interfase, estabiliza un estado ferroeléctrico en películas de PbTiO3 con un espesor de hasta dos parámetros de red. De esta manera hemos esclarecido el efecto producido por el substrato en la estabilización del estado ferroeléctrico observado experimentalmente. [1] D. Fong, et al., Ferroelectricity in ultrathin perovskite flms, Science 304, 1650 (2004). [2] M.G. Stachiotti, Ferroelectricity in BaTiO3 nanoscopic structures, Appl. Phys. Lett. 84, 251 (2004). [3] M. Sepliarsky, M.G.Stachiotti and R.L.Migoni, Interface efects in ferroelectric PbTiO3 ultrathin flms on a paraelectric substrate, Phys. Rev. Lett. 96, 137603 (2006).