Rôle of interfaces on the magnetic properties of ferromagnetic metal/organic heterostructures : exchange bias and interlayer exchange coupling in cobalt/metal tetra-phenyl porphyrin
Rôle d'interfaces sur les propriétés magnétiques des hétérostructures métal ferromagnétique / organique : « exchange bias » et couplage d'échange intercouche en cobalt / métal tétra-phényl porphyrine
Résumé
In hybrid organic spintronic devices, the active regions are essentially the hybrid interfaces. The first part of this thesis shows that molecular exchange bias in Co/MTPP and Co/CoPc systems is not an interface effect but originates from air-driven oxidation of the Co films. The second part introduces a new Ferromagnetic Nuclear Resonance methodology which showed that 15 monolayers of ZnTPP are required to obtain heterostructures with continuous molecular films and that their morphology depends on the nature of the underlayer (Co or Fe). In addition, the interfaces are asymmetrical with sharp Co/ZnTPP interface and rough ZnTPP/Co interface. These analyses have been confirmed by TEM. Moreover, FNR showed that no interfacial magnetic hardening effect exists in these systems. This is consistent with the fact that the Co/ZnTPP interfaces are governed by weak van der Waals interactions and that no signature of strong chemical bonds between interfacial ZnTPP molecules and Co atoms has been identified. Finally, the magnetic measurements suggest that an antiferromagnetic indirect exchange coupling takes place between the FM electrodes through the organic film.
Dans un dispositif spintronique organique hybride, la région active est l'interface hybride. La première partie de cette thèse montre que le biais d'échange moléculaire des systèmes Co/MTPP et Co/CoPc n'est pas un effet d’interface mais provient de l'oxydation des films de Co. La deuxième partie introduit une nouvelle méthodologie en Résonance Nucléaire Ferromagnétique qui montre que 15 monocouches de ZnTPP sont nécessaires pour obtenir des films moléculaires continus et que leur morphologie dépend de la nature du substrat (Feou Co). De plus les interfaces sont asymétriques, l'interface Co/ZnTPP est abrupte alors que l'interface ZnTPP/Co est rugueuse et diffuse. Ces analyses ont été confirmées par TEM. De plus, la FNR n’a montré aucun effet de durcissement magnétique interfacial. C’est cohérent avec le fait que les interfaces Co/ZnTPP sont régies par des interactions faibles de type vander Waals et qu’aucune signature de liaison chimique forte entre les molécules et les atomes de Co n'ai été identifiée. Enfin, les mesures magnétiques ont révélé un couplage d'échange indirect antiferromagnétique entre les électrodes FM au travers des films organiques.
Domaines
Physique [physics]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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