Découverte à haute pression de matériaux ferroïques à l'état solide

Abstract

Les états d’oxydation inhabituels et les arrangements structuraux uniques dans certains des oxydes sont fondamentalement intéressants et peuvent parfois donner lieu à des matériaux présentant diverses propriétés ferroïques distinctes ou même couplées (telles que des réponses diélectriques et ferroélectriques ou des interactions magnétiques). La synthèseet le traitement de ces systèmes par les méthodes classiques de réaction à l’état solide ne sont pas toujours réalisables pour des raisons cinétiques ou thermodynamiques. Pour certaines compositions chimiques métastables, les outils de synthèse assistée par pression peuvent offrir de nouvelles voies de réaction et des options supplémentaires dans l’espacede phase Pression-Température afin d’atteindre des conditions de stabilité spécifiques et des voies pour des compositions normalement difficiles à obtenir. L’objectif de cette thèse est d’exploiter le potentiel offert par ces voies de synthèse assistée par pression et réactivité pour explorer les relations structure-propriété dans plusieurs oxydes métastables distincts, y compris une famille de pérovskites quadruples à base de Ca-Mn, des spinelles ordonnées de Mn3O4, et des oxydes de Sn2+ simples (Sn2+O) et complexes (α-Sn2+WO4). En bref , la thèse examine Ca(2−x)MnxTi2O6, une rare pérovskite quadruple ordonnée en site A avec un ordre ferroélectrique, sur laquelle des caractérisations structure-propriété ont été réalisées après synthèse par plusieurs méthodes assistées par haute pression. La composition du site cationique Mn s’avère être vitale dans l’interaction entre la pression de synthèse, la structure et l’ordonnancement chimique et la transition de phase ferroélectrique. La thèse considère également le rôle de la réactivité, en particulier via l’utilisation d’une approche de synthèse et de frittage à basse température appelée "Cool-SPS". Cette approche nécessite des précurseurs thermodynamiquement fragiles traités dans certaines conditions de Frittage Spark Plasma (SPS) pour obtenir des oxydes denses à l’état solide. La synthèse chimique par voie humide des précurseurs ciblés est réalisée pour les précurseurs fragiles à base de Mn (par exemple MnOOH) et de Sn [par exemple Sn6O4(OH)4], qui sont ensuite explorés de manière approfondie par une caractérisationstructurelle (pXRD, MEB), chimique (FTIR, EDS) et thermique (TGA, VT-XRD). La thèse démontre comment des conditions de frittage optimales avec le traitement Cool-SPS peuvent être utilisées pour fabriquer des céramiques d’oxyde denses binaires (SnO, Mn3O4) et ternaires (α-Sn2+WO4). Les céramiques métastables denses obtenues sont analysées par XRD et SEM/EDS pour confirmer les structures cristallines et les compositions chimiques ciblées, et pour démontrer la densification de la poudre, la morphologie des grains et les voies de réactivité. Enfin, les propriétés physiques telles que la conductivité, le magnétisme, le magnéto-diélectrique et l’absorption UV-Vis sont étudiées avec des discussions finales sur les relations structure-propriété et les perspectives futures.