Isolant dans la limite ultra-mince : propriétés électroniques et barrières tunnel de MgO

par Thomas Jaouen

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Guy Jézéquel et de Philippe Schieffer.

Soutenue en 2012

à Rennes 1 .


  • Résumé

    Présentes dans de nombreux dispositifs comme les jonctions tunnel magnétiques ou les systèmes cluster / oxyde utilisés en catalyse hétérogène, les interfaces métal/oxyde présentent des propriétés spécifiques venant du raccordement entre deux matériaux de structure atomique et surtout de structure électronique très différentes. Ce projet de recherche repose sur l’étude, par diverses techniques de spectroscopies de photoémission, de la géométrie et de la structure électronique aux interfaces MgO/Ag(001) pour des épaisseurs d’oxyde subnanométriques. Nous avons, tout d’abord, montré que la valeur de la hauteur de la barrière Schottky (SBH) à l’interface pouvait être décrite grâce au modèle de Schottky-Mott et d’un effet de polarisation induit par le MgO. Ensuite, une attention particulière a été portée sur la capacité à contrôler la hauteur de barrière Schottky à l’interface MgO/métal en modifiant les conditions de préparation/traitement de la couche d’oxyde. Enfin, l’étude par diffraction de photoélectrons de films minces de MgO dans un régime de très faible épaisseur a révélé des propriétés originales de l’interface MgO/métal quant aux propriétés de relaxation électronique, permettant ainsi d’obtenir une résolution couche par couche de l’interface MgO/Ag(001). Cette résolution expérimentale, confrontée à des calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), a été utilisée pour démontrer la possibilité d’intercaler des atomes de Mg à l’interface MgO/Ag(001). La variation de travail de sortie du système induite par la présence de ces impuretés est corrélée à la modification des effets de polarisation induits par le MgO.

  • Titre traduit

    Insulator at the ultrathin limit : electronic properties


  • Résumé

    Magnesium oxide ultrathin films grown on metal substrates have received considerable attention because of their technological importance in many research fields, such as spintronics and heterogeneous catalysis. The ability to tune and control the band alignment in magnetic tunnel junctions or the cluster/oxide systems in catalytic applications implies a detailed knowledge of the metal/oxide interface electronic structure. The first part of this thesis deals with a photoemission study of the interface electronic structure of ultrathin MgO films on Ag(001) as a function of the oxide thickness. It is shown that the Fermi-level pinning at the interface is essentially controlled by an interfacial dipole governed by an MgO-induced polarization effect. Next, this extended Schottky-Mott model was also invoked to explain the dependence of the Schottky barrier height on the oxide growth conditions. The lowering of the metal/oxide work function induced by the Mg enrichment of the Ag surface region during the growth was demonstrated. Finally, we present a joint experimental-theoretical study of a three monolayer’s MgO/Ag(001) system. Combining x-ray excited Auger electron diffraction measurements and multiple-scattering simulations provide a layer-by-layer resolution of the MgKLL Auger electron emissions which has been used to demonstrate the ability to intercalate Mg atoms at the buried interface by post-growth interface engineering. The induced work function changes and large interlayer relaxation at the metal/oxide interface are evidenced and show an excellent agreement with density functional theory calculations.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (215 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 208-215

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2012/56
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