Thèse soutenue

Contrôle et imagerie de textures électriques et antiferromagnétiques dans les couches minces multiferroïques de BiFeO₃
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Auteur / Autrice : Johanna Fischer
Direction : Vincent Garcia
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 27/11/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Albert Fert (Palaiseau, Essonne ; 1995-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
Jury : Président / Présidente : Philippe Lecoeur
Examinateurs / Examinatrices : Brice Gautier, Morgan Trassin, Béatrice Grenier, Michel Viret
Rapporteurs / Rapporteuses : Brice Gautier, Morgan Trassin

Résumé

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Les matériaux antiferromagnétiques suscitent un intérêt croissant pour la spintronique de par leur insensibilité aux champs magnétiques parasites et leur dynamique magnétique ultrarapide. Cependant, la lecture et le contrôle de l’ordre antiferromagnétique restent des verrous pour le développement des dispositifs. Dans les matériaux multiferroïques, le couplage magnétoélectrique entre les ordres électrique et magnétique pourrait permettre de contrôler l’antiferromagnétisme avec un champ électrique. Dans cette thèse, nous imageons une grande variété de textures antiferromagnétiques que nous contrôlons par l’ingénierie des contraintes et le champ électrique pour l’archétype des matériaux multiferroïques, BiFeO₃. Nous élaborons des films minces sous différentes contraintes d’épitaxie, maîtrisant ainsi la texture de domaines ferroélectriques, telle qu’imagée par microscopie à force piézoélectrique. De plus, nous montrons qu’une transition de phase inverse peut être utilisée pour accroître l’ordre électrique global, d’une configuration labyrinthique de domaines vers un réseau périodique en bandes rectilignes. La magnétométrie à centre NV nous permet de corréler les textures antiferromagnétiques et ferroélectriques. Nous démontrons que les contraintes stabilisent différents types de cycloïdes ainsi qu’un ordre antiferromagnétique colinéaire. La diffraction X élastique résonante permet de confirmer macroscopiquement l’existence de deux types de cycloïdes. Enfin, nous contrôlons électriquement ces textures antiferromagnétiques, passant d’une cycloïde à une autre ou transformant un ordre colinéaire en cycloïde. Sur la base d’un substrat imposant une contrainte anisotrope, nous stabilisons des films ne présentant qu’un seul domaine ferroélectrique associé à un unique domaine antiferromagnétique. Ceci ouvre de larges perspectives pour explorer le couplage entre l’antiferromagnétisme non-colinéaire et le transport de spin.