Hétérostructures à base de l'oxyde ferrimagnétique rendu semiconducteur Fe2-xTixO3-δ : vers des effets de polarisation en spin

Ce travail de these s’inscrit dans les recherches autour de la spintronique a base de films minces de Fe1. 5Ti0. 5O3-d et de Fe3O4 deposes sur un substrat SrTiO3(100) (STO(100)), compatible avec la technologie silicium. La solution solide Ilmenite-Hematite (Fe2-xTixO3-δ, FTO pour x=0. 5) est predite demi-metallique, i. E. Totalement polarisee en spin. Le systeme FTO est naturellement de structure rhomboedrique (R-3) ou (R-3c) pour les structures avec un ordre (ou desordre) atomique des Ti selon l’axe c. Jusqu’a present les films minces ont ete deposes sur substrat isostructural Al2O3(0001) et ont montre la forte influence de la pression d’oxygene (etude precedente realisee au GEMaC - Groupe d’Etudes de la Matiere Condensee sur les proprietes semi-conductrices et magnetiques du materiau. La magnetite (Fe3O4), egalement predite demi-metallique, tres etudiee, presentent des mesures de polarisation de spin contradictoires. Ces deux oxydes ont une temperature de Curie tres superieure a 300K qui rendent ces deux oxydes de fer promoteurs pour les applications en spintronique a la temperature ambiante. Aucun (et peu respectivement) de travaux n’existaient au debut de cette these sur la croissance de FTO/STO(001) (Fe3O4/STO(001) respectivement). Nous avons mene l’elaboration par PLD des couches simples puis des heterostructures et leur l’etudes par des techniques avancees de diffraction et d’analyse cristallographique (XRD et RHEED), de microscopie en champ proche (AFM, MFM) et microscopie electronique en transmission (TEM), magnetiques (SQUID et VSM), ainsi que des mesures des proprietes optiques par Spectrophotometrie (UV, Visible, IR) et de transport electrique. Les couches minces de FTO/STO(001) conservent leur symetrie rhomboedrique sans que ls substrat induise un changement structural. Un ordre atomique R(-3) des cations de titane suivant l’axe (c) est obtenu pour une pression d’oxygene PO2=2. 6×10-7 Torr. Le comportement ferrimagnetique de cet echantillon est a l’etat de l’art pour cette composition x=0. 5 avec une valeur d’aimantation de 1. 57 B/formule chimique et une temperature de Curie de 415K. Les proprietes magnetiques des couches minces sont determinees par l’ordre atomique de Ti selon c. Les etudes des couches minces simples de Fe3O epitaxiees « cube sur cube » sur STO(001) montrent que des couches presentent une haute qualite cristalline avec une forte densite des domaines d’antiphase (APD pour Antiphase Domains) determinee par TEM. Les proprietes magnetiques tres proches des proprietes de la magnetite en a l’etat massif. La maitrise de la croissance de chaque couche a part nous a permis d’elaborer et d’etudier les bicouches epitaxiees Fe3O4/FTO/STO(100). La faible epaisseur de la couche FTO R(-3)c explique le retournement simultane de deux couches et l’absence de polarisation (« exchange bias ») lie au couplage interfacial entre les deux couches magnetiques. Les proprietes magnetiques de la bicouche sont semblables a celle de la couche simple de Fe3O4.