1. Macroscopic and nanoscale electrical properties of pulsed laser deposited (100) epitaxial lead-free Na0.5Bi0.5TiO3 thin films
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Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS, Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux ; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Faculté des Sciences et Techniques ; Université de Limoges - Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - CNRS, Axe 2 : procédés de traitements de surface ; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - CNRS, Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux ; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - CNRS, Center for Research in Ceramic and Composite Materials (CICECO) ; University of Aveiro, Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) ; Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes - Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Université de Rennes 1 - CNRS, MINACOM ; Institut de recherche en communications optiques et microondes (IRCOM) ; CNRS - Université de Limoges - CNRS - Université de Limoges - XLIM (XLIM) ; Université de Limoges - CNRS - CNRS - XLIM (XLIM) ; Université de Limoges - CNRS - CNRS, Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; INSA Lyon, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM) ; CNRS - IN2P3 - Université Paris XI - Paris Sud, European Project : This work was carried out within the framework of the FAME Network of Excellence Work Package n°7, f, Bousquet, M., Duclere, Jean-René, Champeaux, Corinne, Boulle, Alexandre, Marchet, Pascal, Catherinot, Alain, Wu, A., Vilarinho, P.M., Députier, S., Guilloux-Viry, Maryline, Crunteanu, Aurelian, Gautier, B., Albertini, D., Bachelet, C., Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS, Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux ; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Faculté des Sciences et Techniques ; Université de Limoges - Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - CNRS, Axe 2 : procédés de traitements de surface ; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - CNRS, Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux ; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) ; Université de Limoges - Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle - Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux - CNRS - CNRS, Center for Research in Ceramic and Composite Materials (CICECO) ; University of Aveiro, Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) ; Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes - Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Université de Rennes 1 - CNRS, MINACOM ; Institut de recherche en communications optiques et microondes (IRCOM) ; CNRS - Université de Limoges - CNRS - Université de Limoges - XLIM (XLIM) ; Université de Limoges - CNRS - CNRS - XLIM (XLIM) ; Université de Limoges - CNRS - CNRS, Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; INSA Lyon, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM) ; CNRS - IN2P3 - Université Paris XI - Paris Sud, European Project : This work was carried out within the framework of the FAME Network of Excellence Work Package n°7, f, Bousquet, M., Duclere, Jean-René, Champeaux, Corinne, Boulle, Alexandre, Marchet, Pascal, Catherinot, Alain, Wu, A., Vilarinho, P.M., Députier, S., Guilloux-Viry, Maryline, Crunteanu, Aurelian, Gautier, B., Albertini, D., and Bachelet, C.
- Abstract
International audience, Epitaxial Na0.5Bi0.5TiO3 thin films presenting various thicknesses were grown by pulsed laser deposition on epitaxial 100 platinum bottom layers supported by 100MgO single crystal substrates. X-ray diffraction data indicated that all Na0.5Bi0.5TiO3 layers are single-phased and that 100-oriented Na0.5Bi0.5TiO3 NBT crystallites are extremely predominant. The thinner films respectively 230 and 400 nm display a quasiunique 100 orientation close to 100%, whereas for the thickest film 610 nm, the proportion of 100-oriented Na0.5Bi0.5TiO3 crystallites decreases to 85.50 vol %. Such variation is supposed to result from the degree of misorientation of the Pt layer. Further x-ray investigations revealed a pronounced asymmetry of the 100NBT reflection. Such asymmetry is also observed in the 310NBT reciprocal space maps. The analysis of the asymmetrical broadening of the reciprocal lattice point suggests a variation in the chemical composition across the samples thickness, in agreement with comparative Rutherford backscattering spectroscopy RBS data. In addition, x-ray diffraction -scans data indicate the systematic epitaxial growth of the 100-oriented crystallites. The observation of the microstructure of Na0.5Bi0.5TiO3 films completely corroborates the x-ray diffraction information. Whereas the two thinnest films are characterized by the presence of only one type of grains: i.e., very fine and spherical grains around 50-100 nm in size, the thickest film is characterized by the presence of two types of grains: the aforementioned one and some elongated and "factory roof"-like grains. Thus, we unambiguously attribute that the spherical grains correspond to 100-oriented crystallites, whereas the "factory roof"-like grains are 110-oriented. The room temperature macroscopic ferroelectric properties were measured only for the thickest film. A rather well-defined shape of the polarization-electric P-E field hysteresis loops was recorded, and a vertical drift of the loops was systemat