Elaboration et étude d'un système hybride Oxyde ferrimagnétique / Métal non magnétique / Oxyde ferrimagnétique

Structural and magnetic properties of an hybrid system : ferrimagnetic oxide/non magnetic metal/ferrimagnetic oxide system

• Auteur / Autrice : Christophe Gatel
• Direction : Etienne Snoeck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique, nanocomposants, nanomesures
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épitaxie

Films magnétiques

Couches minces métalliques

Dispositifs à couches minces

Résumé

Ce travail s'inscrit dans les recherches actives des nouvelles propriétés magnétiques et électriques dans les hétérostructures artificielles. Nous avons élaboré et étudié un système du type "oxyde ferrimagnétique / métal non magnétique / oxyde ferrimagnétique" dans lequel les électrons sont confinés dans la couche métallique 2D et subissent de nombreuses réflexions aux interfaces "métal / isolant magnétique". L'élaboration de ce système impose une maîtrise de la croissance des différentes couches et de la planéité des interfaces. Les dépôts sont épitaxiés afin de limiter les diffusions des électrons aux joints de grains par pulvérisation cathodique dans un bâti UHV, les caractérisations structurales sont essentiellement réalisées par microscopie électronique haute résolution et diffraction des rayons X. Nous avons étudié la croissance épitaxiale de couches simples de Fe3O4 et de CoFe2O4 sur Al2O3(0001) et MgO(001) afin d’obtenir respectivement une direction de croissance [111] et [001]. Nous nous sommes également intéressés à la croissance épitaxiale et à l'anisotropie d’échange de bicouches Fe3O4(5nm à 50nm)/NiO(66nm) dans ces deux mêmes directions de croissance. Nous avons ensuite étudié la croissance de métaux non oxydables (Pt, Au et Ag) sur les surfaces (001) et (111) de Fe3O4. Ces résultats ont permis d'élaborer les systèmes épitaxiés Fe3O4 / M(Au, Pt) / CoFe2O4 sur Al2O3(0001). Les propriétés électriques montrent que les électrons sont confinés dans la couche métallique et qu’apparaît une GMR atteignant près de 1,8% à 10K due exclusivement aux réflexions électroniques sur les interfaces métal/oxyde avec une forte contribution des réflexions spéculaires

This work is a contribution to the active research on new magnetic and electric properties of artificial heterostructures. Ferrimagnetic oxide / non magnetic metal / ferrimagnetic oxide systems have been deposited. In these systems, electrons are confined in the 2D metal layer and many electron reflections occur at the metal/magnetic insulator. Two different magnetisation alignments of the magnetic oxides (parallel and antiparallel) are required to obtain suitable magnetic properties, ie giant magnetoresistance (GMR). The growth control and the flatness of the different layers are needed to deposit epitaxial layers, in which electron scattering at grain boundaries is limited. Films are deposited by sputtering in a UHV chamber, structural studies have been made using mainly transmission electron microscopy and X-ray diffraction. An epitaxial growth of single Fe3O4 and CoFe2O4 films has been obtained on Al2O3(0001) with a [111] growth axis and on MgO(001) with a [001] growth axis. We have also studied magnetic properties (exchange anisotropy) of epitaxial Fe3O4(x nm)/NiO(66 nm) bilayers , x varying from 5nm to 50nm, grown along a [111] and a [001] axis. Non oxydable metal growth (Pt, Au and Ag) on (001) et (111) Fe3O4 crystals has also been investigated. We have achieved epitaxial growth of Fe3O4 / M(Au, Pt) / CoFe2O4 layers on Al2O3(0001) with flat interfaces and suitable magnetic properties. Electric investigations have shown that the electrons are confined in the metallic layer. We have measured a 1. 8% GMR ratio at 10K resulting from electron reflections at the metal/oxide interfaces with a large part of specular reflexions