Etude de la structure électronique des films minces de magnétite Fe304 (001)/MgO par photoémission résolue en angle

Electronic structure studies of magnetite thin films Fe3O4 (001)/MgO using angle resolved photoemission

• Auteur / Autrice : Maher Sabra
• Direction : Karol Hricovini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/07/2011
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Matériaux et des Surfaces (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karol Hricovini, Susanna Gota-Goldmann, Jean-Michel Mariot, Patrick Lefevre, Olivier Heckmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carmelo Pirri, Yves Dumont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétite

Photoémission

Mots clés libres

Magnétite

Demi métal

Photoémission

Film mince

Structure spinele

Magnetite

Half metal

Photoemission

Thin film

Spinel structure

Résumé

La thèse présente l'élaboration et l'étude des films minces (35 nm) cristallins et stœchiométriques de la magnétite Fe304(001)/MgO. La qualité de ces films est étudiée par différentes techniques (DEL, XPS, XMCD, Effet Kerr, Auger). Nous supposons que les films se recouvrent partiellement, même sous ultra vide, par de Fe2O3. Pour la première fois, l'étude de la structure électronique de la bande t2g de ces films est réalisée par photoémission résolue en angle (ARPES)à température ambiante et à 75 K, en utilisant des photons à basses énergies (6eV - 21 eV). Nous avons constaté que le signal de la photoémission est composé des états électroniques de deux périodicités liées à la zone de Brillouin primitive de la surface (a=4.2 Å) et à la zone de Brillouin de la reconstruction de la surface (a=8.4 Å). Nous pensons que la présence des états liés à la reconstruction sont probablement responsables de la chute de la densité d'état à EF. Une signature de Verwey est observée par ARPES à basse température. Nous estimons que la réalisation des films ultra minces de magnétite est difficilement aboutie.

With its half-metallic behavior predicted theoretically, the magnetic oxideFe3O4 (TC = 863 K) is promising for applications in spintronics as thin films.High quality films and the electronic band structure are still a challenge to faceexperimentally. We managed to develop single crystalline Fe3O4(0 0 1) films(35 nm) on MgO. Analysis by XPS, XAS and XMCD allowed to characterizethe quality of the films prepared. The magnetic study shows a perfect XMCDsignal and a form magnetic anisotropy which lays down the axis of easy magnetizationin the film plane. Our samples are stable during the photoemissionmeasurements. The photoemission measurements of the t2g band show thatthe electronic bands cannot be described by a DFT calculation. Indeed, spinpolarons due to strong electron-phonon coupling mechanism are involved inthe electronic transport. Angle-resolved photoemission shows a dispersion ofthe t2g band in the ����M direction corresponding to two periodicities [the unitcell of the surface reconstruction a = 8,4 Å (30% of the signal) and the simpleunit cell of the surface a = 4;2 Å]. At a temperature T < TV (TV = 120 K,Verwey temperature), the angle-resolved photoemission shows the opening ofa 100 meV band gap, with a rigid shift of the spectral weight of the t2g bandto the high binding energy side.