Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée - UR UPJV 2081 Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Multiferroic 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 work of thesis consists of growing heterostructures based on two perovskites oxides with different ferroic orders. 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 behavior with the occurrence of structural modifications related to symmetry and domain pattern changes. No magnetic anomaly is evidenced down to 2 K suggesting that the strain-induced structural state either suppresses the bulk spin reorientation or shifts it up. Temperature-dependent measurements for an 80nm thick thin 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. Presence of an intermediary antipolar-state is confirmed and a temperature versus BFO layer thickness phase diagram is proposed. A larger magnetization at saturation is found along the out-of-plane direction and enhanced magnetic anisotropy for the SL with composition right at the change from the (anti)polar (tetragonal-like) to paraelectric (orthorhombic). This observation may be connected to the observed x induced structural transition
Ce travail a consisté à élaborer par ablation laser des hétérostructures à base de deux oxydes pérovskites d'ordres ferroïques différents. 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 épitaxiales de NdFeO3 et a montré une forte anisotropie magnétique avec une aimantation à saturation améliorée en dessous d'une épaisseur critique tc~54 nm. Nous associons un tel effet au modifications structurelles liées aux changements de symétrie et de structure en domaine. Aucune anomalie magnétique n'est observée jusqu'à 2 K, ce qui suggère que la déformation structurale supprime la transition de réorientation du spin ou la déplace vers des plus hautes températures. 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 nouvelle instabilité magnéto-structurale est découverte à T1=250°C. L'étude structurale des super-réseaux BiFeO3/NdFeO3 nous a confirmé la présence d'un état anti-polaire intermédiaire et un diagramme de phase de la température en fonction de l'épaisseur de la couche BFO est proposé. Les propriétés magnétiques ont également été étudiées par VSM soulignant une plus grande aimantation à saturation le long de la direction de croissance et une anisotropie magnétique améliorée pour le super-réseau avec une composition juste au passage de l’état anti-polaire au paraélectrique. Cette observation peut être liée à la transition structurelle induite par la composition
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04092591 , version 1 (08-11-2022)
tel-04092591 , version 2 (09-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04092591 , version 2

Citer

Mohamed Ali Khaled. Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique. Matière Condensée [cond-mat]. Université de Picardie Jules Verne, 2022. Français. ⟨NNT : 2022AMIE0049⟩. ⟨tel-04092591v2⟩
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