Soutenance thèse H Ndilimabaka GEMAC 5 déc 2008 14h30

Yves

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Groupe d’Etudes de la Matière Condensée (GEMaC) C.N.R.S. et Université de Versailles St Quentin en Y. UMR 8635 Bâtiment FERMAT; 45, Avenue des Etats-Unis 78035 VERSAILLES Cedex, FRANCE Phone: [phone] FAX: [phone] UNIVERSITÉ DE VERSAILLES SAINT-QUENTIN-EN-YVELINES Ecole Doctorale « Matière, Milieux Réactifs et Méthodes de la Modélisation » Vendredi, le 5 déc 2008 Amphi Bertin – Bat. Buffon 14h30 Accès (www.uvsq.fr et www.gemac.uvsq.fr ) Soutenance de thèse (Physique de la matière condensée) Hervé NDILIMABAKA « Etude de l’oxyde magnétique semi-conducteur Fe Ti O : du contrôle 2-x x 3- δde l’interaction d’échange à la polarisation de spin » Jury : Agnès Barthélémy, Alain Schuhl (rapporteurs), Jean-François Bobo, Pierre Galtier (examinateurs), Y. Dumont (co-directeur de thèse) et N. Keller (directeur de thèse) Résumé : Cette thèse porte sur l'étude des propriétés physiques, en films minces, de la solution solide Fe Ti O (x=0.5, 0.7 et 1; 2-x x 3-d0

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Grouped’Etudes de laMatièreCondensée (GEMaC) C.N.R.S.et Université de Versailles St Quentin en Y. UMR 8635 Bâtiment FERMAT; 45, Avenue des Etats-Unis 78035 VERSAILLES Cedex, FRANCE Phone: [phone] FAX: [phone] UNIVERSITÉ DE VERSAILLES SAINT-QUENTIN-EN-YVELINES Ecole Doctorale « Matière, Milieux Réactifs et Méthodes de la Modélisation » Vendredi, le 5 déc 2008 Amphi Bertin – Bat. Buffon 14h30 Accèswww.uvsq.fret www.gemac.uvsq.fr ) Soutenance de thèse (Physique de la matière condensée) Hervé NDILIMABAKA « Etude de l’oxyde magnétique semi-conducteur Fe 2-x Ti x O 3-δ : du contrôle de l’interaction d’échange à la polarisation de spin » Jury : Agnès Barthélémy, Alain Schuhl (rapporteurs), JeanFrançois Bobo, Pierre Galtier (examinateurs), Y. Dumont (codirecteur de thèse) et N. Keller (directeur de thèse) Résumé : Cette thèse porte sur l'étude des propriétés physiques, en films minces, de la solution solide Fe 2-x Ti x O 3-d 0.7 et 1; (x=0.5, 0<d<0.35). La démarche s'insert dans le cadre de la recherche de nouveaux oxydes fonctionnels pour applications en spintronique. Le matériau est déposé par ablation laser sur Al 2 O 3 (0001). La croissance se fait suivant l'axe c de la structure hexagonale, selon la symétrie R-3c: les cations occupent indifféremment les 2/3 des sites octaédriques disponibles. Le volume de la maille augmente légèrement avec d et x. A température ambiante (Ta) le matériau est ferrimagnétique pour x=0.5 et 0.7. Une transition isolant/semi-conducteur dopé et une bande d'absorption apparaissent également à Ta, lorsque d augmente et x diminue. L'origine de cette dernière semble associée à la formation par les lacunes d'oxygène, d'une bande d'impuretés (BI) dans le gap (direct). Mais sa position (~0.6eV en dessous de la bande de conduction (BC)) est trop profonde pour expliquer la conduction observée à Ta. D'autant plus que cette dernière se fait par activation thermique (E a ~132meV) des porteurs selon une loi de type Arrhenius. Ainsi il existerait également des niveaux discrets juste au dessous de BC, dont l'absorption à Ta est masquée par BI. Lorsque la température baisse (T<110K), l'activation thermique est de plus en plus dominée par une conduction par sauts entre sites proches voisins (de BI?), sollicitant des niveaux d'énergie différents (E a ~52meV). Cela s'accompagne d'une transition magnétique super-échange->double échange avec axe facile hors du plan, et avec elle de la magnétorésistance. Abstract : This thesis is based upon the study of physical properties, in thin films (70 <thickness< 200nm) of the solid solution, Fe 2- Ti O(x = 0.5, 0.7 and 1; 0<δ<0.35). The approach deals with research on new functional oxides for spin electronics x x3-δ applications. This material is epitaxied by pulsed laser deposition method on Al O(0001). The growth is along the hexagonal 2 3 c-axis with R-3c symmetry: cations occupy indifferently the 2/3 of the available octahedral sites. The volume of the elementary cell slightly increases with both d and x. At room temperature (RT) the system is measured ferrimagnetic for x = 0.5 and 0.7. A doped semiconductor conduction and an absorption band also occur at RT, when increasing d and decreasing x. The origin of the latter seems to be associated with formation, by oxygen vacancies, of an impurity band (IB) in the (direct) gap. But its position (~0.6 eV under the conduction band CB) is too deep to explain the electrical conduction observed at RT. Especially since the latter is thermally activated (Ea~132 meV ) according a Arrhenius-type law. So it seems to be some discrete electronic levels close to the minimum of CB that are responsible for the dc-conduction observed. But the optical absorption from these levels, at RT is hidden by IB. When temperature decreases, the Arrhenius-type activation process becomes increasingly dominated by nearest neighbour hopping mechanism (between IB states ?). The energy states associated with are definitely different: Ea~42 meV . A magnetic super-exchange->double-exchange type transition with an easy axis being out of plan and magnetoresistance phenomenon are observed around T~110K.