DOI: 10.1051/jp3:1997180
J. Phys. III France 7 (1997) 1105-1128

Ferroelectric Domain Walls in BaTiO : Fingerprints in XRPD Diagrams and Quantitative HRTEM Image Analysis

N. Floquet^{1, 2}, C.M. Valot², M.T. Mesnier², J.C. Niepce², L. Normand³, A. Thorel³ and R. Kilaas<sup>4

1</sup>  Centre de Recherche sur les mécanismes de croissance cristalline UPR 7251 CNRS, Campus de Luminy, Case 913, 13288 Marseille Cedex 9, France
²  Laboratoire de Recherche sur la Réactivité des Solides, UMR 5613 CNRS, Université de Bourgogne, BP 138, 21004 Dijon Cedex, France
³  Centre des Matériaux de l'École des Mines de Paris, BP 87, 91003 Évry Cedex, France
⁴  National Center for Electron Microscopy, Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley, CA 94720, USA

(Received 1 July 1996, accepted 12 November 1996)

Abstract
The structure of ferroelectric domain walls in BaTiO ₃ has been investigated through two complementary approaches, a global one by the fine analysis of X-ray diffraction patterns, the other essentially local via a quantitative image analysis method developed and applied to High Resolution Transmission Electron Microscopy images. These two original approaches converge towards a clear description of 90 walls which are shown to be a 4-6 nm wide region where the crystallographic discontinuity is accommodated by irregular atomic displacements. The results given here demonstrate that the usual structural theoretical description of walls commonly accepted for energy calculations are far too simplistic. The two underlying methodologies which have been developed to carry out these approaches can possibly be applied to other ferroelectrics, but without any doubt to other systems where twins or coherent interfaces are expected.

Résumé
Une étude de la structure des murs de domaines ferroélectriques dans BaTiO ₃ est réalisée à travers deux approches complémentaires : une approche globale par une méthode fine d'analyse des diagrammes de poudre de diffraction des rayons X, et une autre très locale par une méthode quantitative d'analyse des images obtenues par microscopie électronique de haute résolution. Ces deux approches originales convergent vers une description claire des murs de domaines à 90  : c'est une région large de 4-6 nm où la discontinuité cristallographique est accommodée par des déplacements atomiques irréguliers. Ces résultats montrent que la description structurale théorique communément utilisée pour des calculs d'énergies est de loin trop simpliste. Les méthodologies développées, propres à chacune des analyses structurales utilisées, peuvent être appliquées à l'étude de tout autre matériau ferroélectrique, mais aussi à tout autre matériau cristallisé où des maclages ou interfaces cohérentes sont attendues.

© Les Editions de Physique 1997