Magnetic and transport properties of rare-earth titanate thin films and heterostructures

Propriétés magnétique et de transport des couches minces et hétérostructures de titanates de terre rare Les oxydes de métaux de transitions possèdent une large gamme de fonctionnalités (supraconductivité, magnétisme, ferroélectricité, multiferroicité) découlant de l’interaction d’effets structuraux et de corrélations fortes. De plus, des travaux récents ont mis en lumière une physique propre à leurs interfaces, incluant de la supraconductivité ainsi que de la conductivité classique dans le système bidimensionnel (2DES) créé à l’interface de deux isolants de bande, LaAlO₃ et SrTiO₃. Malgré cela pour couvrir l’immense potentiel des interfaces d’oxydes et leur phases électroniques sans précédent, il est nécessaire de combiner des oxydes plus fortement corrélés. Cette thèse à la croisée des chemins entre la physique des électrons fortement corrélés, du magnétisme et de la spintronique a pour but de combiner les instabilités magnétique et électronique pour créer de nouvelles phases électronique contrôlable par stimulus externe. Pour cela nous nous sommes intéressés à la famille relativement inexplorée des titanates de terres rares dont l’ordre magnétique ferro ou antiferro est contrôlé par la taille de la terre rare. Contrairement aux travaux existants, nous nous somme concentrés sur les membres ferrimagnétiques de la famille et leur intégration dans des 2DES. Cette thèse se développera autour de deux axes principaux. Dans un premier temps nous avons étudié plusieurs membres de la famille des titanates de terres rares sous la forme de couches minces épitaxiées. Nous avons aussi mis en évidence la présence d’une couche morte magnétiquement active à la surface de ces échantillons et expliqué sa présence par une suroxydation des ions titane de la surface. Nous avons aussi étudié la présence inattendue d’un moment orbital porté par le titane dans certains des composés étudiés et l’avons corrélé à leur structure magnétique non-colinéaire en conjonction avec un gradient structural observé en microscopie électronique en transmission. Dans un second temps nous avons combiné DyTiO₃ avec SrTiO₃ pour obtenir une interface conductrice possédant des propriétés de magnetrotransport complexes que nous avons interprété avec l’aide d’un modèle faisant intervenir le couplage spin-orbite ainsi qu’un magnétisme induit.