Laboratoire des matériaux ferroélectriques et optiques

Description de la recherche :

En général, les matériaux fonctionnels peuvent transformer un type d'énergie d'entrée en un type d’énergie de sortie différent. Ces matériaux ont la capacité de générer un voltage lors de l’application d’un stress, un phénomène connu sous le nom de piézoélectricité, ou de modifier leur indice de réfraction lors de l'application d'un champ électrique par effet électro-optique.

Certains matériaux présentent des effets fonctionnels de sortie multiples lors de l'application d'un type d'énergie d'entrée unique. Par exemple, l'application d'un champ électrique sur un matériau transparent actif provoque généralement une déformation dans le matériau ainsi que la modification de son indice de réfraction. En général, les interactions entre les différentes énergies d'entrée et de sortie dans un système de matériau sont complexes. Il est bien connu que de très petits changements dans la composition de ces matériaux ou un minuscule changement dans le processus de fabrication peuvent produire des changements significatifs dans les effets actifs présentés par le matériau en question. Entre autre, les coefficients de ces matériaux, qui donnent les rapports mathématiques des énergies d’entrée et de sortie dans chaque effet actif, sont parfois non-linéaires et varient en fonction de nombreux facteurs, tels que le régime de l'énergie d'entrée et de sa fréquence, la température ambiante, les pré-sollicitations mécaniques existantes, et bien plus encore ...

Les efforts de recherche dans le développement et la caractérisation de matériaux fonctionnels nouveaux accélère l'évolution des dispositifs techniques et des structures, et permet le développement d'alternatives plus légères, plus petites, moins chères et plus efficaces aux dispositifs qui sont actuellement disponibles. Avec l'intérêt accru ces dernières années en matière de nanotechnologie, «Micro-Electro-Mechanical Systems» (MEMS), de la mécatronique (mécanique-électronique), d'adaptation des systèmes optiques et de récupération d'énergie, il y a un besoin toujours croissant de concevoir et de caractériser de nouveaux composants intégrés dans l'ère des dispositifs sous-micromètres.

Mission :

Le laboratoire des matériaux ferroélectriques et optiques est situé dans le département de physique au Collège militaire royal du Canada, et a pour mission d'étudier les propriétés des matériaux fonctionnels ferroélectriques et optiques en vue de:

Mesurer les coefficients des matériaux et être capable de prédire leurs comportements dans diverses conditions d'utilisation.
Étudier les principes physiques au travail afin d'augmenter ou d'améliorer les effets intelligents présents dans les matériaux.

Actuellement, les comportements suivants sont expérimentalement et théoriquement étudiés dans le laboratoire:

électromécaniques, qui incluent des effets piézoélectriques et électrostrictifs.
diélectrique et propriétés de polarisation.
effets électro-optiques linéaire et quadratique.
effets thermo-optiques.
résonance plasmons de surface, les interactions électromagnétiques d'énergie entre la lumière et la matière.
comportement photovoltaïque.
comportement photoactif.

Les types de matériaux suivant sont étudiés dans le laboratoire :

Céramique, en vrac et des monocristaux.
Les couches minces.
Polymères.
Composites

Une image MEB des grains individuels dans une céramique PZT.

Un réseau de diffraction ondulé-croisé produit dans notre laboratoire

Comportement lentille thermique dans une céramique de PLZT montrant des anneaux de diffraction

Ceci est une liste de projets récents menés dans le laboratoire :

Les propriétés électrostrictifs et électro-optiques des céramiques et des couches minces de PLZT.
La dépendance en température des coefficients de matériaux des céramiques de PZT.
Les propriétés piézoélectriques des matériaux céramiques BM-941 et BM-150 (sans plomb), en collaboration avec Sensor Technology Ltd.
Amélioration dans le photocourant des cellules solaires organiques à l'aide des plasmons de surface, en utilisant des réseaux de diffraction.
Le comportement de modulation harmonique électro-optique des céramiques de PLZT.
Les propriétés thermo-optiques et de lentilles thermiques des céramiques et des couches minces de PLZT.
Guides d'ondes optiques.

Mesures de résonance montrant une augmentation de l'un des coefficients piézoélectriques de PZT en fonction de la température

Les maximums de déformation en fonction de la fréquence mesurés avec le vibromètre

Des minimums d’intensité de la lumière en fonction de la longueur d’onde correspondants au couplage de la lumière dans un film mince de PLZT

Des maximums dans le photocourant en fonction de la longueur d’onde dans une cellule solaire grâce aux plasmons de surfaces

Inventaire des équipments

Laboratoire des matériaux

Chambre à gants isolée avec des ports de gaz.
Pulvérisateur de métal.
Évaporateur de métal.
Chambre de température Delta Design, -195° to +315°C.
Chambre de température Thermotron, -70°C to +180°C.
Analyseur d’impédance Agilent 4294A, 40 Hz to 110 MHz.
LCR-mètre Agilent 4284A, 20 Hz to 1 MHz.
Analyseur d’impédance Agilent 4194A.
Keithley 2601 Source-mètre.
Tensiomètre.
Vibromètre au laser Polytec.
Générateurs de fonctions.
d33-métre Berlincourt.
Amplificateurs Trek 20kv/20mA, 30kv/20mA, 10kv/2mA.
5 larges tables optiques.
Laser à Argon Lexel, 2.5W @ 488 nm and 514 nm.
Laser à HeNe, 50 mW.
Laser à diode Coherent Verdi, 5W @ 532 nm.
Laser pulsé Nd:YAG New Wave Research.
Microscope à force atomique.
Spin coucheuse.
2 spectromètres ScienceTech – 400 to 1700 nm.
Électromètres.
Amplificateurs Lock-in.
Profilomètre Dektak II.
5 stages de rotation et 2 de translation.
Caméra haute résolution dynamique et multiple photodétecteurs.

Montage expérimental du laser Coherent Verdi

Personnel :

Dr. Ribal Georges Sabat :: Chercheur principal, professeur adjoint de physique.
Dr. Paul Rochon :: Chercheur à temps-partiel, professeur émérite de physique.

Étudiants actuels :

Nom	Projet	Niveau
2Lt Maxime Bernier-Brideau	La caractérisation piézoélectrique et diélectrique de la céramique BM-941 pour des les applications haute-fréquence	Maîtrise
Captain Justin Jefferies	L'utilisation des réseaux de surface ondulé-croisés et super-imposés pour l'amélioration de photocourant plasmonique dans les cellules solaires organiques	Maîtrise
Élof Jonathan Ferlatte	L'inscription de réseaux de diffraction ayant un pas plus petit que 250 nm avec un laser d'Argon	Sous-gradué

Futurs étudiants gradués civils ou militaires et post-docs peuvent contacter le Prof. Sabat à l'adresse suivante : sabat@rmc.ca

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On supporte le programme MITACS Acceleration, les compagnies canadiennes intéressées peuvent contacter le Prof. Sabat à propos de ce programme.