Growth and multi-scale properties of hybrid magnetic tunnel junctions : towards the control of Spinterfaces

Croissance et caractérisations multi-échelle de jonctions tunnel hybrides : vers le contrôle des "spinterfaces" Dans les jonctions tunnel magnétiques hybrides intégrant une barrière tunnel constituée d’une monocouche moléculaire auto-assemblée (SAM), le transport dépendant du spin est intimement lié aux propriétés électroniques aux interfaces ferromagnétiques (FM)/molécules de la jonction. D’un point de vue fondamental, la compréhension de ces effets dits de spinterfaces dans des systèmes modèles simples bien contrôlés est un prérequis au développement de dispositifs spintroniques moléculaires performants. Par ailleurs, d’un point de vue applicatif, la réalisation pratique de ces systèmes hybrides FM/SAMs/FM est encore un défi majeur, en raison de la difficulté intrinsèque à éviter la formation de courts-circuits dans les jonctions par diffusion de métal à travers le SAM lors du dépôt de l’électrode supérieure. Ce travail de thèse se focalise sur ces deux points. Nous avons dans un premier temps développé des jonctions tunnel magnétiques hybrides intégrant une barrière tunnel formée par un SAM d’alcanethiols greffé sous ultravide sur une électrode inférieure monocristalline de Fe(001). Nous avons mis en œuvre une méthode originale de croissance assistée par couche tampon de gaz rare condensé (BLAG) pour le dépôt d’une électrode supérieure ferromagnétique de Co sur le SAM, sans formation de courts-circuits. Les spectroscopies de photoélectrons X et UV ont été utilisées de manière intensive pour étudier chaque étape de fabrication de la jonction tunnel magnétique et en caractériser les propriétés électroniques aux interfaces. De manière complémentaire, nous avons étudié par microscopie et spectroscopie à émission d’électrons balistiques (BEEM) l’homogénéité latérale à l’échelle nanométrique du transport électronique ainsi que les alignements des niveaux d’énergie à l’interface supérieure Co/SAM. Pour un dépôt optimisé par BLAG, une interface homogène Co/SAM est obtenue sans formation de ponts métalliques à travers le SAM. Finalement, nous avons développé un jeu de masques transférables et compatibles avec le dépôt par BLAG permettant de microstructurer in situ des jonctions tunnel magnétiques modèles Co/SAM/Fe(001). Les propriétés de transport de telles jonctions de taille 5*5 um2 présentent des caractéristiques I(V) non-linéaires, signatures de l’effet tunnel électronique à travers une barrière organique exempte de courts-circuits sur une surface étendue.