Mardi 21 Fevrier 2023, Julien Brehin défendra sa thèse à 10h à l’auditorium TRT.
Titre :
Contrôle du transport de charge et de spin par la ferroélectricité dans des gaz bidimensionnels d’électrons de type Rashba
Résumé :
La demande énergétique croissante venant du secteur des technologies de l’information et de la communication et les limites physiques liées à la miniaturisation des composants logiques nécessitent de développer de nouvelles technologies plus économes et de repenser les paradigmes de traitements de données.
Partant de ce constat, le domaine de la spintronique qui exploite le spin des électrons comme nouveau support de l’information pour le stockage et le traitement de données a su proposer de nombreuses avancées technologiques au cours des dernières années permettant notamment d’augmenter la densité du stockage d’informations.
Les courants de spin purs, qui n’ont pas d’effet de dissipation thermique, pourraient également amener à une révolution dans le transport et le stockage d’informations, bien que cela requière des systèmes d’interconversion spin-charge à haute efficacité pour permettre une pleine intégration à l’électronique moderne.
Au-delà des métaux lourds, des systèmes possédant un couplage spin-orbit de type Rashba comme les hétérostructures d’oxydes semblent des candidats idéaux pour générer des courants de spins sans l’aide de matériaux ferromagnétiques, bien que ces derniers servent encore souvent de support d’information.
De plus, l’intégration de systèmes Rashba dans de futurs dispositifs aurait l’avantage d’une modulabilité de leur couplage spin-orbite par des champs électriques, permettant d’envisager la réalisation de composants logiques.
Dans cette thèse, de nouvelles solutions permettant de réaliser du calcul en mémoire ont été proposées, exploitant les fortes efficacités de conversion spin-charge des hétérostructures d’oxydes et la commutabilité électrique à faible puissance des ferroélectriques.
Des gaz 2D d’électrons à l’interface AlOx/SrTiO3 ont d’abord étudiés comme plateformes modèles pour l’interconversion spin-charge. Dans ces systèmes, l’amplitude et le signe de la conversion spin-charge peuvent être contrôlés électriquement non seulement de manière volatile mais également non-volatile pour des champs électriques suffisament forts amenant le titanate de strontium (SrTiO3 ou STO) dans une phase ferroélectrique.
Une autre approche permettant de rendre STO ferroélectrique par une substitution du Sr par des ions Ca a été exploitée pour comprendre les propriétés diélectriques et de transport à l’interface AlOx/Ca:STO, dévoilant un contrôle ferroélectrique de diverses propriétés de transport et de l’amplitude de conversion charge-spin.
Par ailleurs, un comportement ferromagnétique a également été incorporé dans des gaz 2D d’électrons ``ferroélectriques’’ dans des hétérostructures de LaAlO3/EuTiO3/Ca:SrTiO3.
Des mesures de spectroscopie d’absorption de rayons X et de magnétotransport ont ainsi permis de confirmer le caractère multiferroïque de ces gaz 2D d’électrons offrant en outre, un couplage magnétoélectrique.
Pour finir, on a exploré un autre type d’oxyde à plus fort couplage spin-orbite, à savoir le tantalate de potassium (KTO), qui peut également être rendu ferroélectrique par l’introduction de Nb à la place des ions Ta.
On a ainsi montré que des systèmes AlOx/KTaNbO3 pouvaient présenter à la fois des cycles de polarisation électriques inattendus, indiquant un ordre dipolaire non-trivial et une dépendance complexe des propriétés de transport avec la température et une tension de grille appliquée.
Ces résultats permettent alors d’envisager de contrôler le type de porteurs de charges majoritaire (électrons ou trous) selon l’état de polarisation du matériau et de réaliser de nouveaux types de circuits logiques à base de transistors reconfigurables.
