Note ABES Ultra-thin multifunctional oxide layers for spintronics applications Couches ultra-minces d’oxyde multifonctionnel pour des applications en spintronique Spintronique Couches ultra-mince GFO Anisotropie SHG L'effet de Hall de spin Couplage spin-orbite Spintronics Ultra thin films GFO Anisotropy SHG Spin Hall effect Spin orbit coupling 538.364 538.44 621.38 Spintronique Matériaux multiferroïques Couches minces ferroélectriques Propriétés magnétiques Le contexte de ce travail est le développement de dispositifs de spintronique à faible consommation d'énergie. Le projet vise à explorer les possibilités de contrôle de l’aimantation d'un oxyde multiferroïque et magnétoélectrique à température ambiante, le Ga0.6Fe1.4O3 (GFO), sans champ magnétique, en associant des mécanismes de retournement magnétoélectrique à ceux dûs à un couple spin-orbite. Cet objectif nécessite l'utilisation de couches ultra-minces de GFO, dont l'étude n'avait jamais été faite auparavant. Dans un premier temps, nous avons étudié les propriétés structurales, magnétiques et électriques de couches minces de GFO épitaxiées sur des substrats de SrTiO3 (STO) dans le régime ultra-mince. L'épaisseur des films a pu être contrôlée jusqu'à un quart de maille. Un effet de diffusion à l'interface substrat-film conduit à une inversion abrupte de l'état de polarisation du film qui a pu être mise en évidence dans les cinq premiers nanomètres de la couche. Les films ont montré une forte polarisation dès le début de leur croissance et ne semblent pas être sensibles à un quelconque champ dépolarisant. L'anisotropie magnétique des films a pu être ajustée de façon à ce qu'elle soit hors plan pour les plus minces et dans le plan pour les plus épais. Contre toute attente pour un matériau à base de Fe3+ 3d5, le moment orbital du Fe s'est avéré non nul, non-monotone en fonction de la température et fortement anisotrope, indiquant un couplage magnéto-structural important. Des hétérostructures de GFO/Pt ont été produites comme première étape vers le développement de dispositifs spintroniques basés sur le GFO. Des mesures de magnéto-transport en angle ont révélé un important effet de magnétorésistance de Hall de spin (SMR) et ont donc conforté la pertinence de GFO pour des dispositifs de mémoire à faible consommation d'énergie basés sur l'effet de Hall de spin. The context of this work is the development of low power consuming spintronics-based devices. The project aims to explore the magnetic-field-free control of the magnetization of a room temperature multiferroic and magnetoelectric oxide, Ga0.6Fe1.4O3 (GFO), by coupling magneto-electric and spin-orbit torque switching mechanisms. This objective requires the use of ultra-thin layers of GFO, the study of which had never been done before. In a first move, we have investigated the structural, magnetic and electric properties of epitaxially grown atomically flat GFO thin films on SrTiO3 (STO) substrates at ultra-thin regimes. The thickness of the films could be controlled down to one fourth of a unit cell. A substrate-film interface diffusion effect which leads to an abrupt reversal of the polarization state of the film could be evidenced within the first five nanometers. The films showed a stout polarization from the very early growth and do not seem to be sensitive to any depolarizing field. The magnetic anisotropy of the films could be tuned from out-of-plane, for the thinnest ones, to in-plane for the thicker ones. Against all odds in such a 3d5 Fe3+ based material, the orbital moment of Fe was found to be non-zero, non-monotonously temperature dependent, and strongly anisotropic, indicating an important magneto-structural coupling. Heterostructures of GFO/Pt were produced as a first step towards the development of spintronics devices based on GFO. Angle-dependent magneto-transport measurements unveiled an important spin Hall magnetoresistance effect (SMR) and therefore comforted the relevance of GFO for spin-Hall-effect-based low power consuming memory devices. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 10347346 Université de Strasbourg Strasbourg 2021-12-31 https://theses.hal.science/tel-03264603 application/pdf 13347803 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2020/HOMKAR_Suvidyakumar_2020_ED182.pdf http://www.theses.fr/2020STRAE030/abes https://theses.hal.science/tel-03264603 https://theses.hal.science/tel-03264603 Homkar Suvidyakumar Homkar 1995-06-15 FR 255253966 https://theses.fr/2020STRAE030 2020STRAE030 https://doi.org/10.70675/f4eb3380z37dcz4ea6zb66az473da41b9b26 2020-12-15 Sciences des matériaux Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Viart Nathalie MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 138996865 Colis Silviu-Mihail MADS_PRESIDENT_DU_JURY 059840420 Viret Michel MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 089023420 Trassin Morgan MADS_MEMBRE_DU_JURY_2 138996938 Preziosi Daniele MADS_MEMBRE_DU_JURY_3 255849869 Rojas-Sanchez Juan Carlos MADS_MEMBRE_DU_JURY_4 224501712 Dörr Kathrin MADS_RAPPORTEUR_1 243331495 Prellier Wilfrid MADS_RAPPORTEUR_2 11412423X École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 156500019 Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 151842973 93794 ddc:530 ddc:620 Viart Nathalie Colis Silviu-Mihail Viret Michel Trassin Morgan Preziosi Daniele Rojas-Sanchez Juan Carlos Dörr Kathrin Prellier Wilfrid École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) PDF 10347346