Structure atomique et électronique à l'interface LaAlO3/SrTiO3 dopée avec des éléments de transition

La mise en evidence d'une conductivite metallique a l'interface entre deux oxydes isolants, le SrTiO3 et le LaAlO3, a ouvert un champ nouveau pour l'electronique tout oxyde (A. Ohtomo & H. Y. Hwang, Nature 427, 2004). Au-dela du fort potentiel applicatif de cette decouverte, par exemple pour l'electronique de faible puissance, de nombreuses questions restent posees sur les proprietes de ces interfaces et les differents moyens de les controler. L'apparition de la conductivite a l'interface LaAlO3 / SrTiO3 est attribuee a la survenue d'une reconstruction electronique au-dessus d'une epaisseur critique de 4 cellules unites (u.c.) de LaAlO3, visant a compenser la discontinuite de charge a cette interface entre materiaux polaire (LaAlO3) et non polaire (SrTiO3). En plus de cet effet, qui requiert une interface d'excellente qualite, divers parametres sont susceptibles d'affecter les proprietes de cette interface et un effort de recherche tres important porte sur le controle et l'amelioration de ces proprietes par des moyens tels que le changement de la nature du substrat, l'application d'un champ de contraintes ou l'introduction de legeres modifications chimiques dans la couche ou a l'interface. Ce travail de these participe a cet effort en explorant les proprietes de transport et la structure fine des interfaces LaAlO3 / SrTiO3 dopees avec des atomes de metaux de transition. Il est centre sur la fabrication et l'etude d'interfaces LaAlO3 / SrTiO3 dopees avec des atomes d'iridium ou de cobalt. La croissance de nanostructures de haute qualite, typiquement LaAlO3 (5 u.c.) / SrTiO3 dope (1 u.c.) / SrTiO3 (substrat), a ete effectuee dans un bâti de depot laser pulse (PLD) equipe d'un RHEED in situ. L'effet des dopants Ir ou Co sur les proprietes de transport et sur la structure electronique et atomique de l'interface LaAlO3 / SrTiO3 a ete analyse en fonction du niveau de dopage grâce a une combinaison de differentes methodes experimentales et de calculs DFT. En particulier, des investigations par des techniques avancees comme la diffraction de photoelectrons sur synchrotron (XPD) et la microscopie electronique de resolution atomique en mode STEM-HAADF ont ete mises en œuvre pour sonder la structure locale a l'interface et quantifier le niveau de deformation dans la couche LaAlO3. La structure electronique a ete etudiee par spectroscopie de perte d'energie electronique dans un STEM. Les resultats montrent qu'il est possible d'induire des changements dans les proprietes des interfaces LaAlO3 / SrTiO3 en dopant la surface de SrTiO3 avec un dopant et une concentration appropries. En particulier, les effets du niveau de dopage sur la deformation elastique et les distorsions locales dans les couches LaAlO3 et ses consequences sur les proprietes mesurees sont decrits.