Couches minces multifonctionnelles de vanadate de fer pour la spintronique

Multifunctional iron vanadate thin films for spintronics

• Auteur / Autrice : Antonio Peña Corredor
• Direction : Christophe Lefevre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 20/10/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Silviu-Mihail Colis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fèlix Casanova Fernández, Maryline Guilloux-Viry, Nathalie Viart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Joly, Florencio Sánchez Barrera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spinelles

Spintronique

Fer -- Couches minces

Vanadates

Mots clés libres

Vanadate de fer

Spinelles en couche mince

REXS

Spintronique

Ferrite de vanadium

Iron vanadate

Spinel thin films

REXS

Spintronics

Vanadium ferrite

Résumé

Le vanadate de fer (FeV2O4) est un oxyde multifonctionnel de structure spinelle, présentant des degrés de liberté magnétiques, ferroélectriques et orbitaux. Bien que sa forme massive ait été largement étudiée, les recherches sur sa variante en film mince sont rares. Des couches minces de FeV2O4 ont été élaborées par ablation laser pulsée sur deux substrats différents (MgO et SrTiO3). La qualité et la bonne cristallinité des couches ont été caractérisées par diverses méthodes. Ces films présentent un comportement magnétique à des températures inférieures à 130 K et leurs propriétés physiques sont considérablement influencés par les effets de contrainte. Des analyses cristallographiques poussées sur les films ont été réalisés par diffraction résonante, révélant la distribution cationique des films ainsi que la position des atomes d'oxygène. Une telle étude a catalysé le développement de nombreuses techniques pour l'étude cristallographique de films minces d'oxyde, y compris le développement du logiciel inserexs et l’affinement des spectres de rayons X à l'aide de réseaux neuronaux artificiels. La forte anisotropie magnétique perpendiculaire de FeV2O4//SrTiO3 a été exploitée pour étudier les propriétés de transport de spin sous forme d’hétérostructures à base de platine. Nos résultats montrent que la magnétorésistance de spin domine à toutes les températures, atteignant des niveaux comparables à des systèmes à base d'oxyde hautement optimisés. Enfin, nous avons élargi la famille des films minces d'oxydes spinelles avec le premier dépôt de ferrite de vanadium (Fe2VO4) sur MgO. Les films présentent un comportement magnétique à température ambiante et des expériences de diffraction anormale ont révélé une structure spinelle inverse dans le matériau.

Iron vanadate (FeV2O4) is a multifunctional spinel oxide material; displaying magnetic, ferroelectric and orbital degrees of freedom. While its bulk form has been extensively researched, studies on its thin-film variant are notably sparse. FeV2O4 thin films have been elaborated using pulsed laser deposition onto two different substrates (MgO and SrTiO3), and their high-quality and crystal epitaxy have been attested by diverse characterisation methods. These films demonstrate magnetic behaviour at temperatures below 130 K and are substantially influenced by strain effects. An advanced crystallographic analysis on the films has been conducted resonant diffraction. This has unveiled the films’ cationic distribution and the position of the oxygen atoms. Such a study has catalysed the development of loads of techniques for the crystallographic study of oxide thin films, including the development of the inserexs software and the refinement of X-ray spectra using artificial neural networks. The high perpendicular magnetic anisotropy of FeV2O4//SrTiO3 has been exploited for the study of the spin transport properties in the form of Pt-based heterostructures. Our findings show that the spin magnetoresistance dominates at all temperatures, achieving levels comparable only to highly optimised oxide-based systems. Finally, we have expanded the spinel oxide thin-film family with the first deposition of vanadium ferrite (Fe2VO4) onto MgO. The films present room-temperature magnetic behaviour and anomalous diffraction experiments have unveiled an inverse spinel structure in the material.