Etude des propriétés physiques des films de Fe3O4 épitaxiés et de la polarisation en spin à l’interface Fe3O4/γ -Al2O3

La magnétite Fe₃O₄ est un matériau prometteur pour l’électronique de spin, puisque des calculs de structure de bande la prédisent demi-métallique, c’est à dire totalement polarisée en spin au niveau de Fermi. Ceci laisse supposer des effets de magnétorésistance importants pour des jonctions tunnel magnétiques utilisant Fe₃O₄ comme électrode. Nous avons fait croître des films minces de Fe₃O₄ de 3 à 50 nm d’épaisseur sur γ-Al₂O₃ par épitaxie par jets moléculaires. Les films sont monocristallins mais présentent un grand nombre de parois d’antiphase qui sont responsables des anomalies magnétiques observées. Nous avons reproduit qualitativement le comportement magnétique des films à l’aide d’un modèle unidimensionnel, et avons confronté les résultats avec la taille caractéristique des parois mesurée par une analyse fractale. Nous avons d’autre part étudié la transition de Verwey des films minces; les effets de taille finie font disparaître la transition lorsque l’épaisseur des films est inférieure à 20 nm et le magnétisme de tous les films présente des effets de dynamique lente. Nous avons de plus mis au point une méthode de dépôt de couches minces de γ-Al₂O₃ épitaxiée sur les films de Fe₃O₄, en contrôlant la stoechiométrie à l’interface entre oxydes. Les films de γ-Al₂O₃ d’épaisseur supérieure à 2 nm présentent toutes les propriétés requises pour une barrière tunnel (continuité électrique, découplage magnétique entre les électrodes). Nous avons enfin étudié la polarisation en spin à l’interface Fe₃O₄/γ-Al₂O₃ par deux méthodes distinctes: les mesures directes par photoémission résolue en spin conduisent à une polarisation en spin de -40 % tandis que l’on mesure une magnétorésistance tunnel, réduite du fait du désordre magnétique induit par les parois d’antiphase, de +3 % à température ambiante pour les jonctions tunnel Fe₃O₄/γ-Al₂O₃/Co.