Visualisation de la polarisation en spin d'une molécule par microscopie à effet tunnel

• Auteur / Autrice : Cristian Iacovita
• Direction : Jean-Pierre Bucher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (physique nucléaire)

Cobalt

Spintronique

Résumé

Cette thèse présente une étude des propriétés électroniques polarisés en spin d'une molécule individuélle de cobalt-phthalocyanine (CoPc), qui sont potentiellement intéressantes pour le domaine émergeant de l'électronique de spin. Les résultats expérimentaux sont analysés par des calculs de type DFT en collaborartion avec J. Kortus (Université Technique de Freiberg, Allemagne). Les molécules de CoPc ont été déposés sur des surfaces non-magnétiques et magnétiques, pour ensuite être individuellement étudiés à basse température par un microscope à effet tunnel. Deux aspects fondamentaux sont abordés: l'injection d'électrons polarisés en spin dans une molécule individuelle et le couplage magnétique de cette molécule avec une surface magnétique. En utilisant une pointe de Co polarisée en spin et un nanoîlot des Co comme électrodes magnétiques et la molécule de CoPc comme élément actif, une résonance polarisée en spin est identiée sur le centre de la molécule. Cette résonance, ayant pour origine les orbitals moléculaire d du cobalt, reète l'existence d'états stationnaires des spin. Ces états prouvent notamment que le moment magnetique de CoPc est figé dans une direction " up " ou " down " après adsorption sur la surface de cobalt magnétique. Les calculs DFT montrent que la molécule de CoPc est ferromagnétiquement couplée avec les nanoîlots via deux mécanismes d'échange (direct et superéchange) et illustrent le rôle important joué par les ligands organiques dans le magnétisme mais aussi dans le transport de spin. Des études expérimentales comparatives ont été effectué sur des surfaces non-magnétiques [Au(111) et Cu(111)] où la molécule de CoPc devient non-magnétique après adsorption comme les calculs DFT le prédisent.

The thesis presents an experimental study of both the electronic and the spin-polarized properties of single cobalt-phthalocyanine (CoPc) molecules, which are potentially interesting for the emerging eld of molecular spintronics. The CoPc molecules were deposited on a nonmagnetic and a magnetic surface and individually studied at low temperature using a scanning tunneling microscope. Two fundamental aspects of molecular spintronics are addressed, namely the injection of electron spins into a single molecule and the magnetic coupling of the molecule with the underlying magnetic surface. To do so, spin-polarized scanning tunneling spectroscopy is employed to locally inject spin-polarized electron across the vacuum barrier into a single CoPc molecule. Using the spin-polarized Co terminated tip and Co nanoislands of opposite magnetization as magnetic electrodes, and the CoPc molecule as an active element, spin-polarized electronic features are identied over the center of the molecule. The Co nanoislands were grown on Cu(111) and thoroughly calibrated to eliminate electronic artifacts. The stationary spin states of CoPc arise from the d-orbitals of the cobalt ion and reect two molecular spin orientations. DFT calculations establish that CoPc couples ferromagnetically with the Co nanoislands through two exchange mechanisms (direct and superexchange), illustrating the important role played by the organic ligands in the spin-dependent transport properties. Comparative experimental studies are done on non-magnetic surfaces [Au(111) and Cu(111)], where the paramagnetic CoPc becomes non-magnetic upon adsorption, as DFT calculations predict.