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Paris-Saclay
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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Films minces d’oxynitrures multiferroïques multifonctionnels pour l’opto-spintronique

Spécialité : PHYSIQUE / Physique des matériaux

Contact : BARBIER Antoine,
e-Mail : antoine.barbier@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 39 23
Laboratoire : SPEC/LNO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/04/2021

Résumé :
L'objectif de ce stage est d’élaborer des couches minces epitaxiées multiferroïques d’oxynitrures ferrite/pérovskite (CoFe2(OxN1-x)4/BaTi(OxN1-x)3) par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasmas azote et oxygène atomiques : un matériau ferroélectrique, ferrimagnétique et potentiellement sensible au spectre solaire. On procédera par dopage de films minces dont les conditions de croissance sont déjà maitrisées au laboratoire CEA/SPEC. On étudiera le potentiel d’application de ces films pour l’opto-spintronique au laboratoire, au C2N et au synchrotron-SOLEIL.

Sujet détaillé :
La transition énergétique requiert le développement de nouveaux matériaux dédiés, en particulier, à la production d’énergie propre et/ou permettant des économies d’énergie et de matériaux dans les systèmes électroniques. Dans ce cadre, les oxynitrures constituent une classe de matériaux pertinents. Parmi ceux-ci, les composés ferroélectriques sont particulièrement bien adaptés pour réaliser des capteurs opto-spintroniques. L’insertion d’azote, moins électronégatif que l’oxygène, dans le réseau d’un oxyde engendre une augmentation du caractère covalent des liaisons chimiques. Cela se traduit par une diminution de la valeur du gap optique Eg et donc par une modification des propriétés d’absorption du composé. On s’attend également à de nouvelles propriétés de transport induite par le dopage par l’azote. La réalisation de films minces monocristallins d’oxynitrures est cependant délicate et a été peu étudiée à ce jour.

Nous allons explorer la possibilité de moduler les propriétés de couches minces multiferroïques laminaires de ferrites de cobalt (CoFe2O4, ferrimagnétique) déposées sur du titanate de Baryum (BaTiO3, ferroélectrique) dont nous maîtrisons déjà la croissance par l’adjonction d’un plasma azote durant la croissance. On étudiera l’influence du dopage azote sur les propriétés magnétiques au CEA/SPEC et ferroélectriques au C2N en fonction de l’épaisseur des couches et des paramètres de croissance. Les mesures ferroélectriques seront réalisées au C2N après lithographie. Idéalement, on s’attachera à quantifier le ratio entre la perte de ferroélectricité / ferrimagnétisme et le gain en sensibilité à la lumière. On pourra également envisager des mesures en utilisant les rayons X pour caractériser les matériaux élaborés sur les lignes DiffAbs, HERMES, DEIMOS et/ou CASSIOPEE au synchrotron SOLEIL.

L’étudiant(e) sera sous la responsabilité de S. Matzen pour son travail au C2N et sous la responsabilité de R. Belkhou (ligne HERMES) pour son activité au synchrotron SOLEIL.

Contacts : BARBIER Antoine, +33 1 69 08 39 23, antoine.barbier@cea.fr ; Autres chercheurs impliqués : H. Magnan, S. Matzen (C2N), J.-B. Moussy et C. Mocuta (Synchrotron-SOLEIL). Lignes de lumières Synchrotron-SOLEIL associées au projet : HERMES (R. Belkhou), DEIMOS (P. Ohresser), CASSIOPEE (P. LeFevre)
Techniques utilisées au cours du stage :
Le (la) candidat(e) abordera les techniques d’ultra-vide associées à la croissance par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d’oxygène et azote. On utilisera la diffraction des électrons rapides (RHEED), la spectroscopie d’électrons Auger (AES), la photoémission des niveaux de coeur (XPS), la microscopie en champ proche (PFM), la microscopie électronique de basse énergie (LEEM), les mesures magnétiques (VSM), la lithographie et les mesures ferroélectriques (au C2N) et la diffraction des rayons X.

Mots clés : Oxynitrures, épitaxie par jets moléculaires, ferroélectricité, ferrimagnétisme, synchrotron, lithographie

Lien vers le laboratoire
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