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Gosteau, Julien. Calculs ab initio des effets spin-orbite de type « Rashba » dans des oxydes de métaux de transition et leurs interfaces

Gosteau, Julien (2021). Calculs ab initio des effets spin-orbite de type « Rashba » dans des oxydes de métaux de transition et leurs interfaces.

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Résumé en francais

La "spinorbitronique" est un domaine de recherche en pleine expansion qui pourrait permettre de proposer de nouveaux dispositifs électroniques tirant profit de l'interaction spin-orbite afin d'en améliorer les performances, notamment en termes de consommation énergétique. Durant cette thèse, nous avons effectué des calculs numériques basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) afin de mieux décrire et comprendre les effets spin-orbite de type Rashba dans différents oxydes de métaux de transition et leurs interfaces. Ces calculs ab initio ont été complétés par des calculs reposant sur la méthode des liaisons fortes ou par le développement d'hamiltoniens basés sur la théorie des invariants, tout ceci dans le but de réaliser une analyse plus fine de l'origine des levées de dégénérescence en énergie observées dans la structure électronique en fonction du spin ou de l'orientation des textures de spin qui en résultent. Les différents résultats pourront servir à déterminer quels sont les paramètres primordiaux à optimiser afin d'obtenir les effets spin-orbite désirés pour une application donnée. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont principalement porté sur l'étude des couplages spin-orbite dans deux matériaux de structure pérovskite. Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à l'oxyde SrTiO3(001) interfacé avec LaAlO3, système déjà bien connu pour présenter un gaz d'électrons bidimensionnel et des taux de conversion spin-charge par effet Rashba-Edelstein particulièrement élevés. Par la suite, nous avons étudié l'oxyde ferroélectrique PbTiO3, qui est composé d'un élément chimique lourd et peut ainsi être présenté comme une alternative 3D aux systèmes à base de SrTiO3. Pour ce système, l'orientation de la polarisation électrique du matériau pourrait être contrôlée par l'application d'un champ électrique, mais aussi grâce à des effets de contraintes épitaxiales. Dans un troisième temps, nous avons présenté des résultats préliminaires obtenus pour le composé HfO2, ferroélectrique en couche mince, et nous avons montré comment ce matériau pourrait être utilisé pour contrôler les effets spin-orbite d'une couche de métal lourd adjacente. Finalement, nous avons proposé une description brève d'autres études réalisées durant cette thèse et qui viennent confirmer la richesse de la physique des oxydes de métaux de transition.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Arras, Rémi
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Calculs ab initio (DFT) - Oxydes de métaux de transition - Couplages spin-orbite - Effet Rashba et Dresselhaus - Interface "tout-oxyde" - Ferroélectricité
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :08 Dec 2021 09:58