Electronic and spintronic properties of the interfaces between transition metal oxides - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2020

Electronic and spintronic properties of the interfaces between transition metal oxides

Propriétés électroniques et spintroniques des interfaces entre oxydes de métaux de transition

Résumé

The anomalous transport properties of transition metal oxides, in particular the surface of SrTiO₃ or at the interface between SrTiO₃ and LaAlO₃ is investigated in this thesis. These systems host two-dimensional electron gases. Nonlinear Hall Effect measurements suggest that several species of carriers are present in these systems, and that their population is varying on a nontrivial manner upon electrostatic doping. The role of the electrostatics properties of the electron gas and of the electronic correlations are discussed in this light. Next we discuss the spin to charge conversion of these systems thanks to tight-binding modeling and linear response theory. The complex interplay between atomic spin-orbit coupling and the inversion symmetry breaking at the interface leads to a complex spin-orbital-momentum locking of the electrons, inducing spin textures. These spin textures are responsible for the appearance of the Edelstein and Spin Hall Effect in these heterostructures and are characteristic of the multi-orbital character of these electronic systems. Finally an ab initio study of STO/LAO/STO heterostructures is performed to explain experimental evidence of new ways to produce an electron gas at this interface. The respective roles of the chemistry, electrostatics and defects are discussed.
Cette thèse porte sur les propriétés de transport anormal des oxydes de métaux de transition, en particulier de la surface de SrTiO₃ ou de l’interface entre SrTiO₃ et LaAlO₃. Dans ces systèmes on observe l’apparition de gaz d’électrons bidimensionnels. Des mesures d’Effet Hall non linéaire indiquent que ces gaz sont constitués de plusieurs sortes de porteurs de charge, et que leurs populations varient de manière non monotone sous l’effet du dopage électrostatique. L’effet des propriétés électrostatiques et des corrélations électroniques sur ces variations sont discutées. Celles-ci sont à l’origine de réponses remarquables en ce qui concerne la conversion du spin en charge dans ces systèmes à l’aide d’un modèle de liaisons fortes et de la théorie de la réponse linéaire. Les effets conjoints du spin-orbite atomique et de la brisure de symétrie d’inversion à l’interface verrouille les nombres quantiques de spin, de caractère orbital et d’impulsion des électrons, et induit des textures de spin complexe dans l’espace réciproque. Ces textures sont responsables de l’apparition des effets Edelstein et Hall de spin dans ces hétérostructures et sont caractéristiques de la nature multi-orbitale de ces systèmes électroniques. Enfin nous conduirons une étude ab initio des hétérostructures STO/LAO/STO pour expliquer les observations expérimentales de nouvelles manières de former un gaz d’électrons à ces interfaces d’oxydes. Nous discuterons des rôles respectifs de la chimie, de l’électrostatique et des défauts dans l’apparition de ce gaz.
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  • HAL Id : tel-03015119 , version 1

Citer

Pierre Bruneel. Electronic and spintronic properties of the interfaces between transition metal oxides. Condensed Matter [cond-mat]. Université Paris-Saclay, 2020. English. ⟨NNT : 2020UPASP047⟩. ⟨tel-03015119⟩
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