Spectroscopie à effet tunnel d'adatomes Kondo et de molécules uniques sur une surface magnétique

Tunneling spectroscopy of kondo adatoms and single molecules interacting with a magnetic surface

• Auteur / Autrice : Seiji Leo Kawahara
• Direction : Vincent Repain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et interfaces
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétorésistance

Kondo, Effet

Spintronique

Électronique moléculaire

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'électronique de spin. Dans une première partie, nous nous intéressons à l'effet Kondo induit par un atome 3d sur une surface ferromagnétique étudié en spectroscopie à effet tunnel. Nous montrons que la signature spectroscopique observée au-dessus d'atomes uniques de Co adsorbés sur des plots de fer auto-organisés sur une surface d'Au(l 11) peut se dédoubler sous l'effet du couplage avec les îlots. Un modèle de résonance Fano à deux niveaux en interaction avec un continuum permet d'ajuster les spectres tunnel et d'extraire la température Kondo et le champ magnétique qui induirait le dédoublement s'il s'agissait d'un effet Zeeman. Ce champ de plusieurs dizaines de Teslas est compatible avec la valeur connue du champ d'échange à la surface du fer. Des atomes bistables entre deux sites adjacents ont été observés, montrant de façon réversible un spectre dédoublé ou non. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à la polarisation de spin de la densité d'états de molécules uniques de C₆₀ adsorbées sur une surface de Cr(OOl) observée en microscopie à effet tunnel résolue en spin. Les cartes de conductance différentielle et les spectres tunnel locaux montrent une magnétorésistance tunnel au-dessus des molécules. Des simulations liaisons fortes et ab initio ont permis d'identifier l'état moléculaire impliqué et de montrer que le substrat induit une levée de dégénérescence dépendant du spin. La magnétorésistance mesurée change de signe en fonction de la tension tunnel et atteint plusieurs dizaines de pourcents à des tensions de plusieurs centaines de mV.

This work deals with two spintronics problems. In a first part, the Kondo effect induced by a 3d single atom adsorbed on a ferromagnetic surface is investigated using tunneling spectroscopy. We find that the tunneling spectra measured above Co adatoms on Fe/Au(l 11) islands can be split by the interaction with the substrate. We have successfully fit the tunneling signatures with a two levels Fano resonance, which allows to extract the Kondo temperature and the magnetic field that would induce such a splitting if it was due to a Zeeman effect. This field of several tens of Teslas is in good agreement with the expected Weiss field at thee iron surface. Some atoms were found to switch easily between two adjacent sites and show perfectly reproducible split/non split signatures. In a second part, we investigate the polarization of the local density of states of single C₆₀ molecules adsorbed on a Cr(OOl) surface using spin-polarized scanning tunneling spectroscopy. The spin resolved conductance maps and spectra show a significant tunneling magnetoresistance above the molecules. Tight-binding and ab initio simulations allow the identification of the polarized state, which derives from a lifting of degeneracy of one of the free molecule orbitals. The magnetoresistance is ascribed to a spin-splitting of this state and its spin-dependant hybridization with the Cr(OOl) surface. The Julliere magnetoresistance reaches several tens of percents at tunneling bias of hundreds of mV and its sign changes as a function of the bias.