Etudes in situ des propriétés d'électronique de spin dans des nanocontacts magnétiques fabriqués via une technique Lab-on-chip

Ln situ studies of spin electronics properties of magnetic nanocontacts fabricated using a Lab-on-chip approach

• Auteur / Autrice : Petru Lunca Popa
• Direction : Bernard Doudin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spintronique

Procédures d'analyse par micropuces

Magnétorésistance

Nanotechnologie

Microfluidique

Électrochimie

Mots clés libres

Lab on chip

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés électriques dépendent du spin de contacts magnétiques ayant une taille de quelques atomes seulement. Nous avons développé un montage original et sophistiqué permettant de fabriquer et mesurer le transport électrique au travers de ces matériaux nanométriques de tailles ultimes. Les échantillons ont été obtenus par une combinaison de techniques de fabrication 'top-down', avec une construction de type « bottom-up »l'électrochimie pour ramener la distance et la taille a des dimensions atteignant quelques atomes. Une approche de type «Iab-on-chip», utilisant le microfluidique , permet de contrôler le flux et la présence de la solution électrolytique. Des contacts de tailles atomique ont été obtenus pour différents matériaux et les propriétés de magnétorésistance ont été systématiquement étudiées pour le Ni. Les mesures ont montré des propriétés d'anisotropie de la magnétorésistance, d'amplitude largement supérieure aux propriétés du bulk Ni. Le tiers des échantillons a montré un changement énorme de la résistance en fonctions de l'orientation du champ magnétique. En étudiant cet effet sous changement de l'environnement chimique de l'échantillon , nous avons pu irrévocablement identifier l'origine de cet effet, étant la présence des ions métalliques paramagnétiques en solution. Ceci éclaire d'un jour nouveau un débat dans la communauté, ayant exclu ce type d'observation en argumentant d'effet mécanique affectant les mesures. Des mesures complémentaires sur les contacts de Pt et sur des échantillons combinant des jonctions à brisure mécanique avec l'électrochimie, confirment le rôle particulier joué par l'environnement chimique.

This thesis is dedicated to investigating spin-dependent electrical properties of magnetic contacts of a few atoms. New properties are expected when reducing the size of magnetic contacts down. We developed an original and sophisticated setup for fabricating and measuring electrical transport through such ultimate nano-sized materials. Samples were obtained by a combination of top down technologies related to patterning the initial 2 electrodes, with bottom-up construction, involving electrochemistry to close-up the distance and size down to atomic size values. We used a lab on chip approach, taking advantage of microfluidics to control the flow and presence of the electrolytic solution. This whole setup was inserted into an electromagnet. This allowed fast setting of magnetic field amplitude and orientation, under possible variable temperature environment. Atomic-size junctions were successfully obtained for several materials: Ag, Au , Ni Co, Pt, and magnetoresistance properties of Ni contacts were systematically investigated. Measurements revealed anisotropic magnetoresistance properties, of magnitudes much larger than bulk intrinsic values. One third of the samples exhibited huge change of resistance under applied magnetic field orientation. We unambiguously indentified the paramagnetic metal ions as the origin of this huge eftect. This provides novel insight into a debate in the community that had excluded this observation under the assumption that it is aftected by mechanical artifacts. Investigations on Pt contacts and on samples combining mechanical break junctions and electrochemistry junctions confirmed the peculiar role played by the electrochemical environment.