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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Imagerie sub-micronique des ordres multiferroiques

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : CHAULEAU Jean-Yves,
e-Mail : jean-yves.chauleau@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 72 17
Laboratoire : SPEC/LNO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-4 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/04/2021

Résumé :
L'idée du stage est de développer une technique d'imagerie combinant le champ proche et la génération de seconde harmonique afin d'imager les matériaux multiferroiques avec une résolution largement sub-micrométrique.

Sujet détaillé :
Les antiferromagnétiques (AF) sont actuellement sous les feux de la rampe grâce à des percées récentes démontrant l'effet efficace des courants de spin pour interagir avec le paramètre d'ordre AF [1,2]. Jusqu'à présent, en raison du manque de magnétisation nette, le contrôle des distributions AF a été plutôt difficile. Le contrôle AF induit par le courant ouvre également de nouvelles perspectives dans la dynamique de l'aimantation térahertz. Côté matériaux, les antiferromagnétiques représentent la grande majorité des matériaux magnétiques et certains d'entre eux présentent plusieurs phases ordonnées simultanées en couplage. Ils sont communément appelés "multiferroïques".

En particulier, lorsque l'ordre AF est couplé à une polarisation nette, il peut être commandé en appliquant une tension. Les matériaux multiferroïques [3] font l'objet d'un intense effort de recherche en raison de l'intérêt technologique important des matériaux multifonctionnels ainsi que de la richesse de la physique fondamentale, issue du couplage de divers paramètres d'ordre. Parmi tous les multiferroïques, le BiFeO3 (BFO) est un matériau de choix car ses deux températures d'ordre (FE ferroélectrique et AF) sont bien supérieures à la température ambiante. De plus, un couplage magnétoélectrique important a été mis en évidence dans des monocristaux ainsi que dans des films minces. L'un des inconvénients des multiferroïques est que ces textures FE / AF peuvent être assez difficiles à mesurer. La génération de seconde harmonique, une approche d'optique non linéaire, s'est avérée être un moyen puissant et élégant d'imaginer des textures multiferroïques complexes et de démêler les différentes contributions en jeu [4].

Au CEA / SPEC, nous sommes expérimentés dans l'évaluation des distributions ferroélectriques et antiferromagnétiques avec une résolution submicronique [5]. Cependant, pour la plupart des systèmes, une telle résolution n'est pas suffisante car les domaines AF sont plutôt de l'ordre de 200 nm. Nous développons actuellement une nouvelle technique basée sur la microscopie optique à balayage en champ proche pour optimiser notre résolution spatiale. Les premiers résultats sont très encourageants car une résolution de 20 nm a pu être atteinte et il a été possible d'obtenir un premier signal de seconde harmonique.

Au cours du stage, l'étudiant sera formé à l'optique laser et réalisera des expériences d'optique non linéaire en champ proche. Idéalement, le stage se poursuivrait par un doctorat, car le sujet proposé fait partie d'un effort à long terme sur ces matériaux.

[1] T. Jungwirth, X. Marti, P. Wadley and J. Wunderlich Nature Nanotech. 11, 231 (2016) [2] P. Wadley and al. Science 351, 587 (2016) [3] N. Spalding and M. Fiebig, Science, 309, 391 (2005) [4] M. Fiebig & al., Nature, 419, 818, (2002) [5] J.-Y. Chauleau & al., Nature Materials, 16, 803, (2017)
Techniques utilisées au cours du stage :
Microscopie optique, lasers ultra-rapides, dépôts de couches d'oxydes

Mots clés :

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