Étude de la transition antiferroélectrique/ferroélectrique par imagerie de génération de second harmonique (SHG) : propriétés statiques et dynamique THz

Contexte scientifique : Les matériaux ferroélectriques (FE) se distinguent par leur polarisation commutable sous l'effet d'un champ électrique. Les antiferroélectriques [1] (AFE), en revanche, présentent un ordre antipolaire réversible en une phase polaire sous l'influence d'un champ électrique ou d'une pression. Les transitions entre ces états, marquées par l'apparition ou la disparition de la polarisation électrique. Ces transitions peuvent s'opérer à des échelles de temps ultra-rapides, de l'ordre de la picoseconde, c'est-à-dire dans le régime térahertz (THz). Grâce aux progrès récents en synthèse de matériaux, les antiferroélectriques sont désormais disponibles sous forme de couches minces épitaxiées, d'une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres. Ces systèmes émergent comme des candidats prometteurs pour les nanotechnologies à base d'oxydes ferroïques, avec des applications potentielles dans l'électronique de puissance miniaturisée, l'électronique neuromorphique, ou encore la génération d'impulsions électriques ultrarapides. Cependant, leurs propriétés physiques restent largement débattues, et les mécanismes régissant la manipulation des textures AFE demeurent mal comprise, qui plus est aux fréquences THz. Objectifs de la thèse : Au sein du CEA/SPEC, nous avons développé une technique d'imagerie par génération de seconde harmonique [2,3] (SHG), particulièrement adaptée pour étudier non seulement la transition de phase AFE/FE, mais aussi sa dynamique ultrarapide avec une résolution temporelle de quelques centaines de femtosecondes. Cette thèse vise à explorer, par imagerie SHG, les aspects statiques et dynamiques de la transition AFE/FE induite par champ électrique dans des couches minces épitaxiales de matériaux prototypiques, tels que le PbZrO₃. Le ou la doctorant(e) sera formé(e) aux techniques d'optique non-linéaire ultrarapide et à l'utilisation de lasers femtosecondes, dans le cadre plus large de la physique des oxydes ferroïques. [1] Randall et al. J. Am. Ceram. Soc. 104, 3775 (2021) [2] Chauleau et al. Nature Materials, 16, 803 (2017) [3] Levchuk et al. Phys. Rev. Mater. 10, L051401 (2026) École doctorale : Physique en Ile de France Direction : Jean-Yves CHAULEAU Financement : Financement du CEA - CFR (Contrat formation par la recherche)