Modifications of the chemical and electronic ferroelectric surface structure under water adsorption

Jiale Wang (1)

1 SPCSI - Service de Physique et de Chimie des Surfaces et Interfaces

The main objective of our research is to understand how the ferroelectric polarization affects the chemi/physisorption of H2O molecules on a ferroelectric surface and how this adsorption may in return affect the chemical and the atomic surface structure and hence the ferroelectric properties. The acquired knowledge may be used to obtain a deeper understanding of light enhanced hydrogen production at a ferroelectric surface, to promote the water photolysis reaction, by favoring the electron-hole separation and the surface reactivity. We have first studied the surface atomic and chemical structure of the model ferroelectric BaTiO3 (001) in the form of epitaxial thin films and single crystals before and after controlled exposure to water. The depolarizing field produced by the surface discontinuity leads to changes in the atomic, chemical and electronic structural changes and reordering. We have also demonstrated the existence of a ferroelectric, quasiamorphous, ultrathin BaTiO3 film. Finally, the surface structure of the uniaxial ferroelectric Sr0.67Ba0.33Nb2O6 (001) has been characterized in a first step towards use for photolysis enhancement.

Le principal objectif de notre recherche est de comprendre comment la polarisation ferroélectrique affecte la chimi/physisorption des molécules de H2O sur une surface ferroélectrique et comment cette adsorption peut en retour affecter la structure atomique et chimique de la surface, et ainsi des propriétés ferroélectriques. Ces connaissances peuvent être utiles pour mieux comprendre la photo-production d'hydrogène à la surface d'un ferroélectrique, afin d'améliorer la réaction de photolyse de l'eau, en favorisant la séparation électron-trou ainsi que la réactivité de surface. Nous avons tout d'abord étudié la structure atomique et chimique de la surface du matériau ferroélectrique BaTiO3 (001) sous forme de couches minces épitaxiées et de monocristaux, avant et après des expositions contrôlées à l'eau. Le champ dépolarisant, produit par les discontinuités de surface, conduit à des modifications de la structure atomique, chimique et électronique. Nous avons ensuite démontré l'existence d'un film quasi-amorphe ultra-mince et ferroélectrique de BaTiO3. Enfin, la structure de surface du ferroélectrique uniaxial Sr0.67Ba0.33Nb2O6 (001) a été caractérisée, constituant ainsi la première étape pour l'amélioration de la photolyse de l'eau.

Mots clés: ferroelectricity; chemisorption; quasi-amorphous; X-ray photoelectron spectroscopy

Mots clés: ferroélectricité; BaTiO3; Sr0.67Ba0.33Nb2O6; chimisorption; quasi-amorphe; spectroscopie des photoélectrons stimulée par les rayons X

Domaines: Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]

Jiale Wang. Modifications of the chemical and electronic ferroelectric surface structure under water adsorption. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00915471⟩