Les sujets de thèses

Les matériaux ferroélectriques, avec leur forte constante diélectrique et leur polarisation spontanée, font l'objet de recherches intenses en microélectronique. La polarisation est un paramètre essentiel pour ces matériaux alors que sa caractérisation reste majoritairement limitée à l’échelle macroscopique par des méthodes électriques classiques. Pour approfondir la compréhension de ces matériaux, en particulier en couches minces, et créer de nouveaux dispositifs, des mesures locales sont indispensables. Ce projet de thèse vise à développer une nouvelle méthodologie pour cartographier directement la polarisation dans des dispositifs à l'échelle nanométrique. En combinant l'expertise des équipes du SPEC dans la croissance de matériaux en couches minces et du C2N dans la nanostructuration et les mesures électriques, nous allons élaborer et concevoir une géométrie particulière de nanostructures permettant d’utiliser en particulier l'holographie électronique operando (collaboration avec le CEMES-CNRS, ANR POLARYS) pour cartographier quantitativement le potentiel électrique local dans les nanodispositifs lors de l'application d'une tension.

Les oxydes dopés N et/ou les oxynitrures constituent une classe de composés nouveaux et en plein essor présentant une large gamme de propriétés utilisables, en particulier pour les nouvelles technologies de production d'énergie décarbonnée ainsi que pour des capteurs multifonctionnels. Dans ce domaine de recherche, la recherche de nouveaux matériaux est particulièrement souhaitable en raison des propriétés peu satisfaisantes des matériaux actuels. L'insertion d'azote dans le réseau cristallin d'un oxyde semiconducteur permet en principe de moduler sa structure électronique et ses propriétés de transport pour obtenir de nouvelles fonctionnalités. La production de films minces monocristallins correspondants, est un défi important. Dans ce travail de thèse, des films d’oxynitrures monocristallins seront élaborés par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasma atomique. L’hétérostructure multiferroïque combinera deux couches enrichies en azote : une couche ferroélectrique de BaTiO3 dopée N ainsi qu'une ferrite fortement dopée ferrimagnétique dont les propriétés magnétiques pourront être modulées grâce au dopage N pour obtenir de nouveaux matériaux multiferroique artificiels plus satisfaisants pour les applications. Les structures résultantes seront étudiées quant à leurs caractéristiques ferroélectriques et magnétiques ainsi que leurs couplages magnétoélectriques en fonction du dopage N. Ces observations seront corrélées à une compréhension détaillée des structures cristallines et électroniques.

Le (la) candidate abordera l’ensemble des techniques d’ultra-vide, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, des mesures ferroélectriques et de magnétométrie, ainsi qu’un large panel de méthodes de caractérisations basées sur l’exploitation des centres rayonnement synchrotron les plus avancés.

Lélectronique de spin est une physique puissante basée non seulement sur la charge mais aussi sur le spin des électrons. Déjà largement utilisée pour les têtes de lecture des disques durs, elle offre des solutions intégrées et miniaturisées dans la mesure très sensible des champs magnétiques ou encore pour des dispositifs de logique ou de mémoire.

Le bruit d’un système électronique contient d’une part une physique très riche qui permet d’accéder finement aux composantes de transport et d’aimantation du système, mais est également un élément fondamental de l’évaluation des performances d’un dispositif [Lei 2011]. Ainsi pour la mesure de champ magnétique, le bruit va donner la limite intrinsèque de mesure du système.

Cette thèse vise donc à étudier à travers la mesure de bruit des systèmes tunnel magnétiques, qui comprendront à la fois des systèmes amorphes ou polycristallins et des systèmes cristallins, et comprendra l’étude d’inclusions paramagnétiques qui modifie le régime de transport tunnel et peut faire apparaitre dans certaines conditions un phénomène d’inversion de la courbe courant tension [Katcko 2019], [Chowrira 2022].

[Lei 2011] Z. Q. Lei, et al, IEEE Trans. Mag. 43 602 (2011)
[Katcko 2019] Katcko et al, Comm. Phys. 2 116 (2019)
[Chowrira 2022] B. Chowrira et al, Adv. Mater., 34, 2206688 (2022)