Spin dependent electronic transport in single crystal magnetic tunnel junctions Fe/MgO/Fe.
Étude du transport tunnel dépendant du spin dans des jonctions tunnels magnétiques épitaxiées Fe/MgO/Fe bcc
Résumé
Many possible applications have arisen in the domain of spin electronics since the prediction and experimental observation of high tunneling magneto-resistance (TMR) values in MgO-based tunnel junctions. These high TMR values are due to the crystallinity of the stack, which allows the electronic transport to be described by Bloch wave functions and gives a symmetry dependence of the spin filtering in the tunnel barrier.
An original experimental set-up has been developed during this PhD that is able to measure the electronic properties of nano-objects under an applied magnetic field. It combines fast electronic acquisition cards and an atomic force microscope (AFM) equipped with a full metallic tip. This set-up is highly versatile and allows nano-objects to be electrically contacted without difficult nano-fabrication steps.
This set-up has been used in order to study the influence of the interfaces on the electronic properties of the fully epitaxial magnetic tunnel junction Fe/MgO/Fe (100). Two interface resonant states (IRS) have been observed for the first time in this system at 0.2 eV and 1.1 eV above the Fermi energy of the minority spin electrons. These IRS drastically modify the tunnel transport and even reverse the dynamic TMR. The transport symmetry of the IRS has been found from a study of samples with different MgO thicknesses.
An original experimental set-up has been developed during this PhD that is able to measure the electronic properties of nano-objects under an applied magnetic field. It combines fast electronic acquisition cards and an atomic force microscope (AFM) equipped with a full metallic tip. This set-up is highly versatile and allows nano-objects to be electrically contacted without difficult nano-fabrication steps.
This set-up has been used in order to study the influence of the interfaces on the electronic properties of the fully epitaxial magnetic tunnel junction Fe/MgO/Fe (100). Two interface resonant states (IRS) have been observed for the first time in this system at 0.2 eV and 1.1 eV above the Fermi energy of the minority spin electrons. These IRS drastically modify the tunnel transport and even reverse the dynamic TMR. The transport symmetry of the IRS has been found from a study of samples with different MgO thicknesses.
La prédiction et l'observation de très forts taux de magnétorésistance tunnel (TMR) dans des jonctions tunnel magnétiques à base de MgO a ouvert de nouvelles perspectives d'applications dans le domaine de l'électronique de spin. Ces forts taux de TMR ne peuvent s'expliquer qu'en prenant en compte la structure cristalline des électrodes et le filtrage de la barrière tunnel dépendant des symétries.
Un dispositif original de mesures de transport sous champ magnétique d'objets de taille nanométrique a été développé au cours de cette thèse. Il associe une électronique d'acquisition rapide et un Microscope à Force Atomique (AFM) muni d'une pointe métallique. Ce dispositif très versatile permet de contacter électriquement et d'étudier de différents types de nano-objets sans étapes compliquées de nanofabrication.
Ce dispositif a été utilisé pour étudier l'influence des interfaces sur le transport dans des jonctions tunnel Fe/MgO/Fe (100) cristallines obtenues par épitaxie. Deux états résonants d'interface (IRS) ont été observés pour la première fois dans ce système à 0.2eV et 1.1eV au dessus du niveau de Fermi pour les électrons minoritaires. Ces IRS modifient fortement le transport tunnel et le dominent autour de 1V avec une inversion de la TMR dynamique. Une étude en fonction de l'épaisseur de MgO a permis de trouver la symétrie dominant le transport de ces IRS.
Un dispositif original de mesures de transport sous champ magnétique d'objets de taille nanométrique a été développé au cours de cette thèse. Il associe une électronique d'acquisition rapide et un Microscope à Force Atomique (AFM) muni d'une pointe métallique. Ce dispositif très versatile permet de contacter électriquement et d'étudier de différents types de nano-objets sans étapes compliquées de nanofabrication.
Ce dispositif a été utilisé pour étudier l'influence des interfaces sur le transport dans des jonctions tunnel Fe/MgO/Fe (100) cristallines obtenues par épitaxie. Deux états résonants d'interface (IRS) ont été observés pour la première fois dans ce système à 0.2eV et 1.1eV au dessus du niveau de Fermi pour les électrons minoritaires. Ces IRS modifient fortement le transport tunnel et le dominent autour de 1V avec une inversion de la TMR dynamique. Une étude en fonction de l'épaisseur de MgO a permis de trouver la symétrie dominant le transport de ces IRS.