Nouveaux concepts théoriques pour la conception d'inferfaces d'oxydes avec des propiétés exotiques pour l'électronique et la spintronique

par Aysegul begum Kocak

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Marie-Bernadette Lepetit et de Philippe Ghosez.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Universite de Liege , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec Institut Néel (laboratoire) depuis le 26-11-2012 .


  • Résumé

    Le contrôle des propriétés de la matière (transport, magnétisme, etc.) par le design de structures artificielles est un des objectifs à long terme de la science des matériaux. Toute avancée dans ce domaine présente de grandes potentialités tant d'un point de vue applicatif que de celui de la compréhension. De nos jours, la science expérimentale offre de multiples possibilités de créer des édifices artificiels grâce aux techniques de synthèse sous forme de films minces et de super-réseaux. Au cours des années passées, de nombreux travaux ont ainsi réalisés dans le domaine des interfaces entre oxydes isolants avec par exemple l'objectif d'obtenir des propriétés couplées de ferroélectricité et de magnétisme or celui d'obtenir des gaz d'électrons bi-dimensionnels. Pour pouvoir guider le design de ces nouveaux systèmes il est nécessaire d'avoir une meilleure compréhension fondamentale des effets d'interface et d'épitaxie ainsi que des théories fiables associant les arrangements atomiques aux propriétés spécifiques du système. Des travaux récents en ce sens ont donné des résultats prometeurs [1]. L'object de ce projet est d'utiliser des calculs de premiers principe pour développer de tels concepts et modèles dans le but de contrôler les propriétés de super-réseaux d'oxydes, qu'ils sont métalliques ou isolants. Par exemple, pouvons-nous contrôler les propriétés magnétiques ou de transport par le design de super-réseaux spécifiques? Pouvons-nous contrôler les proprétés d'une couche d'un super-réseau en agissant sur une autre couche ? Etc. 1. A. Sadoc, B. Mercey, Ch. Simon, D. Grebille, W. Prellier and M.-B. Lepetit, Phys. Rev. Letters, 104, 046804 (2010). 2. Ph. Ghosez and J.-M. Triscone, Nature Materials 10, 269 (2011). 3. M.-B. Lepetit, B. Mercey and Ch. Simon, Phys. Rev. Letters 108, 087202 (2012).

  • Titre traduit

    New theoretical concepts for designing oxide interfaces with exotic properties for electronics and spintronics


  • Résumé

    The control of matter properties, such as transport, magnetic, dielectric properties, is one of the dreams of condensed matter physicists. Oxide thin films and superlattices offers in this respect a wide variety of perspectives and many pieces of work are done along this line. During the recent years, lots of efforts were spent on insulating oxides interfaces with the aim, for instance, to get coupled ferroelectricity and magnetism or to generate highly-condensed 2-dimensional electron gas. Guiding the design of new systems requires better fundamental understanding of epitaxial and interfacial effects and relies on reliable theories and model linking specific atomic arrangement to specific properties of the system. Recent work opens promising opportunities [1]. The purpose of this project is to rely on first-principles calculations to develop such concepts and models in order to to control the properties of metal/insulators oxide superlattices. For instance, can we control magnetic or transport properties using an appropriate superlattice design ? Can we control the properties of one layer of the superlattices while acting on the other layer ? etc. This project is to be conducted in co-direction between Liège (Ph. Ghosez group) and Grenoble (MB Lepetit group). The two groups will tackle the problem from complementary points of views. In Liège a specific attention will be paid to the band alignment at the interfaces and to structural and dynamical properties. In Caen, attention will be given to the electronic and magnetic properties and the derivation of simple models from the first-principles results. This project will be performed in close collaboration with several experimentalist groups. 1. A. Sadoc, B. Mercey, Ch. Simon, D. Grebille, W. Prellier and M.-B. Lepetit, Phys. Rev. Letters, 104, 046804 (2010). 2. Ph. Ghosez and J.-M. Triscone, Nature Materials 10, 269 (2011). 3. M.-B. Lepetit, B. Mercey and Ch. Simon, Phys. Rev. Letters 108, 087202 (2012).