Letteratura scientifica selezionata sul tema "Oxydes ultraminces"

Dans le domaine de l’électronique de spin, le filtrage de spin est un phénomène physique qui permet de générer des courants d'électrons polarisés en spin grâce au transport dépendant du spin à travers une barrière tunnel ferromagnétique. Alors que le filtrage de spin à température ambiante est très attractif pour les applications, il existe peu de matériaux ayant les propriétés électriques et magnétiques requises. Les ferrites isolants XFe2O4 (X= Co, Ni, Mn), qui présentent des températures de Curie nettement supérieures à 300 K, sont de bons candidats pour jouer le rôle de filtre à spin à température ambiante. Dans cette thèse, je présente une étude approfondie des ferrites MnFe2O4, NiFe2O4 et CoFe2O4 en films ultraminces épitaxiés pour le filtrage de spin à température ambiante, en me penchant sur leur croissance par épitaxie par jets moléculaires. Les propriétés structurales, chimiques, magnétiques et électriques ont été étudiées par plusieurs méthodes de caractérisation in situ et ex situ, qui ont permis de démontrer le fort potentiel de ces oxydes pour jouer le rôle de barrière tunnel magnétique à température ambiante. Les filtres à spin ont ensuite été intégrés dans des jonctions tunnel afin de faire des mesures de transport tunnel polarisé en spin, soit par la méthode de Meservey-Tedrow, soit par des mesures de magnétorésistance tunnel (TMR). Ces mesures ont révélé pour la première fois un effet de filtrage de spin à travers MnFe2O4(111) et des effets de TMR ont été obtenus dans des nano-jonctions tunnel à base de CoFe2O4(111), permettant d’obtenir la plus forte polarisation en spin actuelle à température ambiante par effet de filtrage de spin

Ce manuscrit de thèse est dédié à l’étude des oxydes de silicium (SiO) et de germanium (GeO) sous forme ultramince. Elaborés par épitaxie par jet moléculaire à la surface d’un cristal de ruthénium (0001), ces systèmes peuvent exister sous deux phases stables. La première est constituée d'une monocouche connectée au substrat par des liaisons covalentes formant une interface métal oxyde. La seconde est quant à elle constituée d’une bicouche en interaction faible déconnectée du substrat. La faiblesse des interactions de Van der Waals permet son exfoliation pour l’intégrer dans des hétérostructures fonctionnelles. Dans cette thèse nous étudions la relation entre structure et propriétés électroniques de ces matériaux bidimensionnels (2D) en combinant la microscopie champ proche (STM), la photoémission X et UV résolue en angle (XPS, ARPES), la diffraction X de surface (SXRD) et la modélisation par des méthodes DFT. Une partie de nos mesures (XPS, ARPES et SXRD) ont été obtenues à l'aide du rayonnement synchrotron. Si les propriétés de la bicouche d’oxyde de silicium (SiO) sont bien comprises, la description des propriétés électroniques de l’interface métal-oxyde s'avère plus complexe avec l’impossibilité de réconcilier les calculs emph{ab initio} avec nos mesures ARPES. Pour comprendre l’origine de ce désaccord, nous avons étudié l'interface GeO/Ru(0001) dans le régime de la monocouche. Nos études STM et XPS ont permis de valider le modèle atomique proposé par la DFT, incluant la rotation des liaisons Ge-O-Ge et la présence d'un oxygène interstitiel. Des études structurales complémentaires par SXRD ont permis de valider la relation d'épitaxie proposée par le calcul. Enfin, la structure de bande mesurée se rapproche des prédictions DFT contrairement au SiO même s'il persiste un faible désaccord. Celui-ci peut s'interpréter comme une surestimation de la force de la liaison métal/oxyde par le calcul introduisant une bande interdite au point Gamma et au point K non visibles expérimentalement en ARPES dans le cas de SiO. Des mesures SXRD complémentaires à venir sur SiO permettront d'étayer cette hypothèse
This thesis manuscript is dedicated to the study of silicon (SiO) and germanium (GeO) oxides in their ultra-thin forms. Developed by molecular beam epitaxy on the surface of a ruthenium (0001) crystal, these systems can exist in two stable phases. The first one is a monolayer connected to the substrate by covalent bonds forming a metal-oxide interface. The second one is a weakly interacting bilayer disconnected from the substrate. The weakness of the Van der Waals interactions allows its exfoliation to integrate it into functional heterostructures. In this thesis we study the relationship between structural and electronic properties of these two-dimensional (2D) materials by combining scanning tunneling microscopy (STM), angle-resolved photoemission (XPS, ARPES), surface X-ray diffraction (SXRD) and modelling by DFT methods. Some of our measurements (XPS, ARPES and SXRD) were obtained using synchrotron radiation. If the properties of the silicon oxide (SiO) bilayer are well understood, the description of the electronic properties of the metal-oxide interface proves to be more complex with the impossibility of reconciling the calculations with our ARPES measurements. To understand the origin of this disagreement, we studied the GeO/Ru(0001) interface in the monolayer regime. Our STM and XPS studies validated the atomic model proposed by DFT, including the rotation of Ge-O-Ge bonds and the presence of an interstitial oxygen. Complementary structural studies by SXRD validated the epitaxial relationship proposed by the calculation. Finally, the measured band structure is close to the DFT predictions, contrary to SiO, even if a small disagreement remains. This can be interpreted as an overestimation of the metal oxide bond strength by the calculation introducing a band gap at the Gamma point and at the K point not experimentally visible in ARPES in the case of SiO. Further SXRD measurements on SiO will support this hypothesis

Mis en évidence expérimentalement au début des années 2010, les couples de spin-orbite (SOTs) ont très rapidement suscité un très fort intérêt dans la communauté du magnétisme et de l'électronique de spin. En effet, ils permettent,dans un empilement de type métal lourd / métal ferromagnétique / oxyde (HM/FM/Ox), de manipuler l'aimantation de la couche ferromagnétique (FM) en injectant un courant dans le plan des couches. En remarquant que la bicouche FM/Ox correspond à la moitié d'un empilement typique utilisé dans les cellules mémoires de types MRAM (Magnetic Random Access Memory, mémoire magnétique à accès aléatoire), on comprend que ce mécanisme est très intéressant pour l'écriture de la couche libre de ces cellules. En effet, le courant d'écriture ne traverse plus la barrière tunnel, ce qui répond naturellement à certaines limitations des MRAM actuelles. L'interprétation physique de ces phénomènes s'est cependant révélée particulièrement complexe. Ces couples ont deux composantes, généralement appelée "Field-like", FL, et "Damping-like", DL. Si dans un premier temps, les études théoriques ont prédit que la composante DL provenait principalement d'un effet de volume dans la couche HM,et que la composante FL provenait principalement d'un effet d'interface, des études expérimentales plus récentes ont montré qu'il n'était pas si simple de séparer ces deux contributions.Dans ce travail de thèse, nous avons choisi une approche originale permettant de n'étudier qu'une seule des deux contributions. Pour ce faire, nous avons choisi de nous concentrer sur la contribution interfaciale en étudiant des échantillons de types Ox1/FM/Ox2. Nous avons ainsi pu mettre en évidence dans ces empilements la présence de SOTs ce qui n'était textit{a priori} pas si évident dans une structure ne contenant pas de métal lourd et présentant de surcroît une forte symétrie. D'autre part, nous avons pu montrer que seule la composante FL de ces couples était présente. Le comportement inattendu de ce FL-SOT en fonction de l'épaisseur de la couche FM, nous a conduit à proposer un modèle basé sur la combinaison d'un effet interfacial de type Rahsba et d'un effet de confinement quantique dû à la très faible épaisseur de matériau conducteur dans ces empilements
Experimentally demonstrated in the early 2010's, spin-orbite torques (SOTs) very quickly generated a very strong interest in the magnetism and spin electronics community. Indeed, they allow, in a heavy metal / ferromagnetic metal / oxide (HM/FM/Ox) multilayer, to manipulate the magnetization of the ferromagnetic layer (FM) by injecting an in-plane current. Noting that the FM/Ox bilayer corresponds to half of a typical stack used in MRAM memory cells (Magnetic Random Access Memory), we understand that this mechanism is very interesting for writing the free layer of these cells. Indeed, the writing current no longer crosses the tunnel barrier, which naturally responds to some of the limitations of current MRAMs. However, the physical interpretation of these phenomena has proved to be particularly complex. These torques have two components, generally called "Field-like", FL, and "Damping-like", DL. While initially, theoretical studies predicted that the DL component was mainly due to a volume effect in the HM layer, and the FL component was mainly due to an interface effect, more recent experimental studies have shown that it is not so simple to separate these two contributions.In this thesis work, we have chosen an original approach that allows us to study only one of the two contributions. To do so, we have chosen to focus on the interfacial contribution by studying Ox1/FM/Ox2 samples. We were thus able to highlight in these stacks the presence of SOTs, which was not so obvious in a structure that did not contain heavy metal and also had a strong symmetry. On the other hand, we were able to show that only the FL component of these couples was present. The unexpected behaviour of this FL-SOT as a function of the thickness of the FM layer led us to propose a model based on the combination of a Rahsba interfacial effect and a quantum confinement effect due to the very thin thickness of conductive material in these multilayers

Les premiers stades de la croissance du NiO/Cu(111) ont été caractérisés du point de vue chimique, morphologique et structurale à une échelle microscopique. Pour cela, nous avons utilisé différentes méthodes d'élaboration et combiné différentes techniques de laboratoire in situ ainsi que le rayonnement synchrotron. Les bicouches à couplage d'échange NiO/FeNi/Cu(111) ont aussi été étudiées. L'interface Ni/Cu(111) a été étudié en mettant en évidence les liens entre la morphologie, la structure et les propriétés magnétiques. Les valeurs réduites du moment de spin sont reliées à l'hybridation 3d à l'interface Ni-Cu et au recouvrement de Cu. Dans toute la gamme des épaisseurs étudiées l'anisotropie du moment orbital est dans le plan, déterminant l'orientation de l'axe de facile aimantation. Cette axe peut être reliée à la tétragonalisation du réseau cristallin du Ni. Des couches ultraminces de NiO ont été obtenues par évaporation à partir de pépites de NiO à température ambiante ainsi qu'à 250°C. Les couches minces peuvent être décrite par une bicouche NiO/Ni/Cu(111). Le GISAXS permettent de confirmer les observations STM et de mettre en évidence l'auto-organisation des îlots de NiO. Due à la faible efficacité d'oxydation, les couches minces de NiO déposées à partir du Ni métallique sous oxygène, présentent quelques différences par rapport aux couches déposées à partir des pépites. Le mécanisme de formation des îlots proposé est basé sur un processus de nucléation/agrégation de clusters. Les résultats structurales (LEED et GIXD) peuvent être attribués soit à la formation d'une phase hexagonale alpha-Ni2O3, soit à une distorsion structurale de la maille NiO(111)(sqrt(3)xsqrt(3))R30°. Le système à couplage d'échange NiO/FeNi/Cu(111) a été élaboré en utilisant les deux méthodes d'élaboration du NiO. L'interface NiO/FeNi est très abrupte, présentant une texturation suivant les axes cristallographiques. Les analyses structurales montrent une bonne épitaxie du NiO sur les films d'alliage FeNi.

Cette étude porte sur la formation et l’oxydation de couches minces d’alliages Al-Ni après dépôt d’Al, à 130 K, sur un monocristal de Ni(111), sous UHV. Leur composition, leur structure, en surface et en volume, et leur relation d’épitaxie ont été déterminées in situ par analyse par faisceau d’ions, diffraction d’électrons lents et spectroscopie Auger, en fonction de la quantité d'Al déposée et de la température de recuit. La formation d’une couche ordonnée et épitaxiée de Ni3Al(111) est suivie, au-delà d’une épaisseur critique d’Al de 3,8 nm, par celle d’une couche ordonnée et relaxée de NiAl(110). La cinétique de formation de ces couches alliées est complexe et correspond probablement à une croissance hétérogène. En oxydant à 300 K puis en recuisant à 1000 K ces alliages minces on obtient une couche ultramince (épaisse d'environ 5 Å) d'oxyde d’aluminium épitaxiée sur Ni(111), de stoechiométrie voisine d'Al2O3.

Cette étude porte sur la formation et l'oxydation de couches minces d'alliages Al-Ni après dépôt d'Al, à 130 K, sur un monocristal de Ni(111), sous UHV. Leur composition, leur structure, en surface et en volume, et leur relation d'épitaxie ont été déterminées in situ par analyse par faisceau d'ions, diffraction d'électrons lents et spectroscopie Auger, en fonction de la quantité d'Al déposée et de la température de recuit. La formation d'une couche ordonnée et épitaxiée de Ni3Al(111) est suivie, au-delà d'une épaisseur critique d'Al de 3,8 nm, par celle d'une couche ordonnée et relaxée de NiAl(110). La cinétique de formation de ces couches alliées est complexe et correspond probablement à une croissance hétérogène. En oxydant à 300 K puis en recuisant à 1000 K ces alliages minces on obtient une couche ultramince (épaisse d'environ 5 Å) d'oxyde d'aluminium épitaxiée sur Ni(111), de stoechiométrie voisine d'Al2O3.

L'influence croissante des effets quantiques dans les composants cmos sub-microniques (confinement quantique a l'interface si/sio 2, effet tunnel a travers l'oxyde de grille) constitue l'une des principales preoccupations de la microelectronique d'aujourd'hui. L'objectif de cette these est, d'une part, d'en presenter les principaux aspects, de proposer des modeles simples et originaux pour les prendre en compte et, d'autre part, d'etudier l'impact de ses effets sur les mesures electriques (courant de grille et capacite en fonction de la tension de grille). L'essentiel de la theorie quantique necessaire a la comprehension de ces effets est resume dans le premier chapitre. L'effet de confinement des electrons (en inversion dans les transistors nmos) et des trous (en accumulation dans les transistors nmos) est ensuite discute, soulignant son impact sur la tension de seuil et la capacite d'oxyde effective c o x. Le troisieme chapitre passe en revue les connaissances en matiere de courant tunnel dans les structures mos, examinant en detail le probleme de la masse effective des electrons dans le sio 2. Une discussion approfondie sur l'impact du confinement des porteurs sur les courants tunnel est ensuite proposee. Il est demontre que les methodes quantiques traditionnellement utilisees (basees sur la notion de transparence et de frequence d'impact, sur la methode de bardeen ou la methode des resonances du coefficient de reflexion) sont en fait equivalentes en terme de precision des resultats. Des modeles semi-analytiques de courant tunnel sont egalement developpes. Enfin, ces differents modeles sont ensuite valides par comparaison avec des resultats experimentaux obtenus sur des transistors nmos a oxydes ultra minces (3 nm-1. 2 nm). L'ensemble de ces resultats permet de definir les conditions de validite des mesures capacitives realisees sur les composants nmos a oxyde ultra mince, dans le but d'une extraction precise des parametres electriques.