Quantum oxide heterostructures for spin-charge interconversion

Hétérostructures d'oxydes quantiques pour l'interconversion spin-charge Au cours des dernières décennies, la demande mondiale croissante de dispositifs électroniques a entraîné la nécessité de développer de nouvelles technologies et de s'attaquer à la miniaturisation des dispositifs. Dans ce contexte, un nouveau domaine, appelé spintronique, a vu le jour. Il exploite le spin des électrons pour coder et traiter les données, ce qui permettrait d'accroître les performances des dispositifs en termes de capacité, de vitesse et d'efficacité. Cependant, dans ce domaine, il est essentiel de mettre en œuvre des plateformes permettant l'interconversion entre les courants de charge et de spin pour les intégrer dans des dispositifs réels. Parmi les nombreuses possibilités, les gaz d'électrons bidimensionnels (2DEG) sont de bons candidats pour réaliser une interconversion spin-charge efficace au moyen d'effets Edelstein directs/inverses. Ainsi, cette thèse de doctorat se concentre sur les propriétés d'interconversion spin-charge des 2DEGs formés après dépôt de métal sur des oxydes de métaux de transition. En particulier, des métaux ayant une affinité différente pour l'oxyde (aluminium, tantale ou yttrium) ont été déposés sur du titanate de strontium (STO) et du tantalate de potassium (KTO). Ces systèmes ont été développés par pulvérisation magnétron, une méthode qui a une large applicabilité industrielle. Cette étude a été réalisée principalement en fonction de l'épaisseur du métal déposé. Les résultats obtenus comprennent la caractérisation par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), la caractérisation de la surface par microscopie à force atomique (AFM) et la caractérisation de base des propriétés de magnétotransport des 2DEGs résultants. En outre, des expériences de spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES) ont été réalisées pour mettre en évidence le rôle de la structure de bande complexe du KTO dans l'efficacité de l'interconversion spin/charge. Après cette caractérisation, l'applicabilité des différents systèmes dans les plateformes d'interconversion spin-charge a été déterminée. À cette fin, des expériences de résonance ferromagnétique pompée par spin (SP-FMR) et des mesures de magnétorésistance anisotrope (AMR) ont été réalisées. Le dernier chapitre de la thèse se concentre sur la capacité des différents systèmes à exercer des couples spin-orbite (SOT) sur un film ferromagnétique adjacent. Tout d'abord, les détails de l'optimisation des hétérostructures en termes d'épaisseur et de propriétés magnétiques seront donnés, suivis de la quantification du couple spin-orbite par des mesures de magnétotransport. Enfin, des résultats préliminaires seront présentés sur l'observation de textures magnétiques, très probablement de caractère schermionique, qui pourraient être directement manipulées par un courant électrique exploitant l'effet Edelstein direct/inverse. La visualisation de ces textures de spin skyrmioniques a été réalisée par microscopie magnéto-optique à effet Kerr (MOKE), microscopie à force magnétique (MFM) et microscopie électronique à photoémission de rayons X (X-PEEM).