Thèse soutenue

Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique

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Auteur / Autrice : Mohamed Ali Khaled
Direction : Mimoun El MarssiHoussny Bouyanfif
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique. Physique de la Matière Condensée
Date : Soutenance le 29/03/2022
Etablissement(s) : Amiens
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Amiens ; 1993-....)
Jury : Président / Présidente : Pascal Ruello
Examinateurs / Examinatrices : Brahim Dkhil
Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Viart, Jean Juraszek

Résumé

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Ce travail a consisté à élaborer par ablation laser des hétérostructures à base de deux oxydes pérovskites d'ordres ferroïques différents. Nous décrivons en détail le protocole d'optimisation des conditions de dépôt par ablation laser menant à la croissance de couches minces de BiFeO3 dopé à 5 % de Mn sur des substrats de SrTiO3. Des couches minces de NdFeO3 ont également été déposées dans les mêmes conditions, permettant la croissance de super-réseaux à base de ces deux matériaux. L'effet d'épaisseur a été étudié pour les couches minces épitaxiales de NdFeO3 et a montré une forte anisotropie magnétique avec une aimantation à saturation améliorée en dessous d'une épaisseur critique tc~54 nm. Nous associons un tel effet au modifications structurelles liées aux changements de symétrie et de structure en domaine. Aucune anomalie magnétique n'est observée jusqu'à 2 K, ce qui suggère que la déformation structurale supprime la transition de réorientation du spin ou la déplace vers des plus hautes températures. Les mesures à haute température pour un film de 80 nm d'épaisseur ont montré un fort couplage spin-réseau à la température de Néel tandis qu'une nouvelle instabilité magnéto-structurale est découverte à T1=250°C. L'étude structurale des super-réseaux BiFeO3/NdFeO3 nous a confirmé la présence d'un état anti-polaire intermédiaire et un diagramme de phase de la température en fonction de l'épaisseur de la couche BFO est proposé. Les propriétés magnétiques ont également été étudiées par VSM soulignant une plus grande aimantation à saturation le long de la direction de croissance et une anisotropie magnétique améliorée pour le super-réseau avec une composition juste au passage de l’état anti-polaire au paraélectrique. Cette observation peut être liée à la transition structurelle induite par la composition