Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Multiferoïc heterostructures based on BiFeO3 and NdFeO3: Growth, Structure, and Magnetic behavior

Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique

Résumé

This thesis deals with heterostructures based on two perovskites oxides BiFeO3 and NdFeO3. First, we provide detailed description of the processes leading to successful growth of 5% Mn-doped BiFeO3 thin films on SrTiO3 substrates by pulsed laser deposition. NdFeO3 thin films were also grown at the same conditions, allowing the synthesis of superlattices based on these two materials. Thickness effect was studied for NdFeO3 epitaxial thin films and showed a strong magnetic anisotropy with enhanced magnetization below a critical thickness tc ~ 54 nm. We associate such behaviour with the occurrence of structural modifications related to symmetry and domain pattern changes. A tetragonal like symmetry is indeed evidenced for the thinner films and a transition to orthorhombic symmetry takes place for thickness above 54 nm. Temperature-dependent measurements for an 80 nm thick film highlight a significant spin-lattice coupling at the Néel Temperature while a new magneto-structural instability is discovered at T1 = 250°C. Strain-induced phenomena are investigated in BiFeO3/NdFeO3 superlattices as a function of relative proportion in the period. An anti-polar state is evidenced and a temperature-thickness BiFeO3 phase diagram is proposed. Magnetic properties were also investigated by VSM and show a bulk like antiferromagnetic state (G type) and a disappearance of the spin cycloid within the BiFeO3 layers.
Ce travail a consisté à élaborer par ablation laser des hétérostructures à base de deux oxydes pérovskites BiFeO3 et NdFeO3. Nous décrivons en détail le protocole d’optimisation des conditions de dépôt par ablation laser menant à la croissance de couches minces de BiFeO3 dopé à 5 % de Mn sur des substrats de SrTiO3. Des couches minces de NdFeO3 ont également été déposées dans les mêmes conditions, permettant la croissance de super-réseaux à base de ces deux matériaux. L'effet d'épaisseur a été étudié pour les couches minces épitaxiées de NdFeO3 et a montré une forte anisotropie magnétique avec une aimantation à saturation augmentée en dessous d'une épaisseur critique tc ~ 54 nm. Nous associons un tel effet aux modifications structurales liées aux changements de symétrie et de structure en domaine. Une symétrie pseudo-quadratique est en effet mise en évidence pour les films les plus fins et une transition vers une symétrie orthorhombique s’opère pour les épaisseurs supérieures à 54 nm. Les mesures à haute température pour un film de 80 nm d'épaisseur ont montré un fort couplage spin-réseau à la température de Néel tandis qu'une instabilité magnéto-structurale est découverte à T1 = 250°C dont l’origine n’est pas comprise. L’étude structurale des super-réseaux BiFeO3/NdFeO3 démontre la présence d'un état anti-polaire et un diagramme de phase température-épaisseur de la couche BiFeO3 est proposé. Les propriétés magnétiques ont également été étudiées par VSM indiquant une phase antiferromagnétique proche de celle observée en massif (type G) et la destruction de la cycloïde de spins dans les couches de BiFeO3.
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tel-04092591 , version 1 (08-11-2022)
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Identifiants

  • HAL Id : tel-04092591 , version 1

Citer

Mohamed Ali Khaled. Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique. Physique [physics]. Université de Picardie Jules Verne (UPJV), Amiens, FRA., 2022. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04092591v1⟩
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