Un article co-signé par le LIST dans Nature Magazine

Dans le cadre des activités du département Materials Research and Technology (MRT), un chercheur LIST, Jorge Íñiguez, est co-auteur d’un article publié dans l’édition d’octobre 2017 du magazine Nature Materials.

Intitulé «Phase coexistence and electric-field control of toroidal order in oxide superlattices», l’article sert à combiner expériences et théories pour révéler et expliquer la présence d'ordres dipolaires complexes (par exemple, réseaux vortex) dans des nanostructures intégrant des matériaux ferroélectriques et paraélectriques.

De telles phases exotiques sont généralement considérées comme excluant les systèmes de spins, mais ici on montre qu'elles peuvent également être obtenues dans des composés ferroélectriques, avec l'avantage supplémentaire que des champs électriques peuvent être utilisés pour les contrôler. De plus, la recherche démontre les changements d'ordre de grandeur induits par le champ dans les propriétés fonctionnelles clés, comme les réponses optiques piézoélectriques et non linéaires, ouvrant des perspectives pour des applications avancées (multi) fonctionnelles.

Résumé 

Disponible en langue anglaise: "Systems that exhibit phase competition, order parameter coexistence, and emergent order parameter topologies constitute a major part of modern condensed-matter physics. Here, by applying a range of characterization techniques, and simulations, we observe that in PbTiO3/SrTiO3 superlattices all of these effects can be found. By exploring superlattice period-, temperature- and field-dependent evolution of these structures, we observe several new features. First, it is possible to engineer phase coexistence mediated by a first-order phase transition between an emergent, low-temperature vortex phase with electric toroidal order and a high-temperature ferroelectric a1/a2 phase. At room temperature, the coexisting vortex and ferroelectric phases form a mesoscale, fibre-textured hierarchical superstructure. The vortex phase possesses an axial polarization, set by the net polarization of the surrounding ferroelectric domains, such that it possesses a multi-order-parameter state and belongs to a class of gyrotropic electrotoroidal compounds. Finally, application of electric fields to this mixed-phase system permits interconversion between the vortex and the ferroelectric phases concomitant with order-of-magnitude changes in piezoelectric and nonlinear optical responses. Our findings suggest new cross-coupled functionalities."

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