Pendant des décennies, les matériaux ferroélectriques à structures laminaires complexes ont été considérés comme trop difficiles à élaborer avec la qualité requise pour des applications en dispositifs. Parmi eux, la famille des Carpy-Galy, longtemps négligée, porte le nom des chercheurs du CNRS Alain Carpy et Jean Galy, qui ont été les premiers à élaborer et caractériser ces composés en 1972. Constitués de couches de type pérovskite alternant avec des feuillets d’oxygène, ces matériaux ont principalement été étudiés sous forme de cristaux massifs.

Dans notre récent travail publié dans Advanced Materials, nous avons revisité cette famille oubliée de ferroélectriques et démontré qu’une approche épitaxiale optimisée, basée sur la déposition par ablation laser avec un suivi en temps réel de la croissance, permet de stabiliser des films monocristallins de La₂Ti₂O₇ de haute qualité.

De manière remarquable, les films de la phase Carpy-Galy conservent leur ferroélectricité jusqu’à une seule maille élémentaire (1,3 nm d’épaisseur), contrairement aux ferroélectriques pérovskites classiques qui nécessitent généralement au moins 2 nm. De plus, nos films de La₂Ti₂O₇ présentent une polarisation près de quatre fois supérieure aux valeurs précédemment rapportées. Cette amélioration peut être attribuée à l’épitaxie, qui non seulement stabilise la structure, mais renforce également ses propriétés ferroélectriques intrinsèques. En résolvant les déplacements atomiques grâce à la microscopie électronique en transmission à balayage et en confirmant nos observations par la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous avons révélé le potentiel de ces matériaux pour les dispositifs électroniques de nouvelle génération.

Cette recherche a été menée au Laboratoire Albert Fert (Elzbieta Gradauskaite, Anouk S. Goossens, Lucía Iglesias, Manuel Bibes), avec la contribution d’équipes du Laboratoire de Physique des Solides à Orsay (Xiaoyan Li, Alexandre Gloter) et de l’Institut Néel à Grenoble (Quintin N. Meier).

Ce travail a été soutenu financièrement par le Fonds National Suisse (projet n° P500PT_214449) et le Conseil Européen de la Recherche (ERC PoC UPLIFT, projet n° 101113273).

Référence :
E. Gradauskaite et al., « Polarization Boost and Ferroelectricity Down to One Unit Cell in Layered Carpy-Galy La₂Ti₂O₇ Thin Films, » Advanced Materials 2025, 2416963, https://doi.org/10.1002/adma.202416963