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Theses Year : 2008

Epitaxial Cobalt-Ferrite Thin Films for Room Temperature Spin Filtering

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Abstract

The spin filtering effect is a phenomenon, which can potentially produce highly spin-polarized electron currents by the spin-selective transport of electrons across a magnetic tunnel barrier. In this thesis, we present a study of the material cobalt ferrite (CoFe2O4), whose insulating behavior and high Curie temperature make it a very good candidate for spin filtering at room temperature. CoFe2O4 thin films were grown by oxygen plasma-assisted molecular beam epitaxy. Their structural, chemical and magnetic properties were studied by a number of in situ and ex situ characterization techniques. CoFe2O4-based spin-filter tunnel junctions were then prepared for spin-polarized tunnelling experiments involving either the Meservey-Tedrow technique or tunnelling magnetoresistance (TMR) measurements. In the case of the latter experiments, we also paid special attention to the magnetization reversal behavior of the CoFe2O4 spin-filter barrier and its magnetic counter-electrode (Co or Fe3O4), which was a crucial step towards the successful measurement of TMR. In both cases, spin-polarized transport measurements reveal significant spin-polarization of the tunnelling current at low temperature, and at room temperature in the case of the TMR. In addition, the TMR ratio follows a unique bias dependence that has been theoretically predicted to be the signature of spin filtering in magnetic tunnel barriers. We therefore show that CoFe2O4 tunnel barriers provide a model system to investigate spin filtering in a wide range of temperatures.
Le filtrage de spin est un phénomène physique qui permet de générer des courants d'électrons polarisés en spin grâce au transport sélectif à travers une barrière tunnel magnétique. Dans cette thèse, nous présentons une étude du matériau ferrite de cobalt (CoFe2O4), dont le caractère isolant et la température de Curie élevée en font un très bon candidat pour le filtrage de spin à température ambiante. L'élaboration des couches minces de CoFe2O4 a été réalisée par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d'oxygène. Les propriétés structurales, chimiques et magnétiques ont été étudiées par plusieurs méthodes de caractérisation in situ et ex situ. Des jonctions tunnel à base de CoFe2O4 ont été préparées pour des mesures de transport tunnel polarisé en spin, soit par la méthode de Meservey-Tedrow, soit par des mesures de magnétorésistance tunnel (TMR). Dans ce dernier cas, nous avons porté une attention particulière au retournement magnétique de la barrière tunnel de CoFe2O4 et de la contre électrode magnétique (Co ou Fe3O4), une étape cruciale avant toute mesure de TMR. Dans les deux cas, les mesures de transport tunnel polarisé en spin ont révélé des polarisations significatives du courant tunnel à basse température, et à température ambiante pour les mesures de TMR. Par ailleurs, nous avons trouvé une dépendance unique entre la TMR et la tension appliquée qui reproduit celle prédite théoriquement pour les barrières tunnel magnétiques. Nous démontrons ainsi que les barrières tunnel de CoFe2O4 constituent un système modèle pour étudier le filtrage de spin dans une large gamme de températures.
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Dates and versions

tel-00394398 , version 1 (11-06-2009)

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  • HAL Id : tel-00394398 , version 1

Cite

Ana V. Ramos. Epitaxial Cobalt-Ferrite Thin Films for Room Temperature Spin Filtering. Condensed Matter [cond-mat]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00394398⟩
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