29 March 2024Actualités du LPCNO / Stages et emplois / ThèsesNormal
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Offre de thèse de doctorat
Ferromagnétiques
de Van der Waals et hétérostructures pour la spin-orbitronique
Laboratoire : LPCNO, groupe Nanomagnétisme, INSA
Toulouse, France
https://lpcno.insa-toulouse.fr/equipes/nanomagnetisme
Encadrants : Benjamin Lassagne, Thomas Blon ; lassagne@insa-toulouse.fr,
thomas.blon@insa-toulouse.fr
Les matériaux ferromagnétiques 2D de
van der Waals (vdW) récemment découverts, tels que CrI3, CrBr3,
Cr2Ge2Te6 ou FexGeTey,
etc, sont des matériaux extrêmement intrigants. En effet, à l’état monocouche,
ils présentent un état ferromagnétique qui contredit le théorème de
Mermin-Wagner selon lequel le magnétisme ne peut exister en deux
dimensions. De plus, en ajustant le nombre de couches, leurs propriétés
magnétiques peuvent être modifiées, par exemple d’un état magnétique
ferromagnétique à un état antiferromagnétique. Par ailleurs, les faibles
liaisons entre couches rend ces matériaux compatibles avec une grande variété
de substrats et permet l’élaboration d’hétérostructures de van der Waals
combinant différents matériaux présentant des propriétés variées. Ces matériaux
présentent donc un intérêt majeur pour la spintronique. Cependant, à ce jour
les températures de Curie sont limitées aux basses températures, c’est pourquoi
une forte dynamique est à l’œuvre pour découvrir et stabiliser de nouveaux ferromagnétiques
2D vdW (FM 2D).
Le groupe Nanomagnétisme du LPCNO a
développé un laboratoire dédié à l’élaboration, l’observation et l’intégration
de matériaux de van der Waals, depuis les conditions ambiantes jusqu’aux
environnements contrôlés et basses températures. Nous avons récemment conçu des
capteurs magnétiques à effet Hall extrêmement sensibles à base de graphène dans
des hétérostructures de vdW nitrure de bore hexagonal/graphène/nitrure de bore
hexagonal (hBN). Nous avons également développé un nouveau modèle complet pour
la compréhension détaillée de ces dispositifs .
Dans ce contexte, l’objectif de la
thèse de doctorat proposée est d’élaborer des hétérostructures FM 2D/hBN/graphène/hBN
afin de sonder directement la réponse magnétique des flocons de FM 2D avec la
réponse Hall du graphène. Cela sera réalisé en combinant des mesures de
magnéto-transport à différentes températures avec des mesures magnéto-optiques
locales sur le même échantillon dans un cryostat dédié avec un champ magnétique
vectoriel 3D.
Un deuxième aspect de la thèse consiste
à combiner le FM 2D ciblé avec des isolants topologiques (TI). En effet, nos
collaborateurs du laboratoire LAAS à Toulouse maîtrisent la croissance par
épitaxie par jets moléculaires des isolants topologiques BiSb et BiSbTeSe
. L’objectif est ici de déposer des FM vdW 2D directement sur ces isolants
topologiques afin d’étudier la conversion charge-spin et les couples
spin-orbite dans ces hétérostructures. L’objectif final est ainsi la
spin-orbitronique dans les hétérostructures FM/TI de van der Waals, avec
notamment l’ajout de graphène à l’interface pour préserver les états
topologiques de surface .
En résumé, la thèse proposée
concerne (i) le transfert de ferromagnétiques 2D de van der Waal sur des
capteurs à effet Hall à base de graphène, (ii) la mesure des propriétés
magnétiques des matériaux ferromagnétiques 2D dans ces hétérostructures
FM/hBN/graphène/hBN, et (iii) le transfert de FM 2D sur isolant topologique
pour la manipulation du couple spin-orbite de FM 2D.
Pré-requis
Master 2
ou diplôme d’ingénieur, avec une spécialisation en physique de la matière,
nanophysique et/ou nanotechnologie. L’étudiant.e doit avoir un attrait certain
pour l’expérimentation.
References
N. D. Mermin and H. Wagner, Phys. Rev. Lett. 17
1133 (1966)
Performance of graphene Hall sensors: role of bias current, disorder and Fermi
velocity, L. Petit, T. Fournier, G. Ballon, C. Robert, D. Lagarde, T. Blon, B.
Lassagne, Phys. Rev. App. (2024) under review, http://arxiv.org/abs/2403.11342
D. Sadek, et al., ACS Appl. Mater.
Interfaces 13 36492 (2021)
D. Sadek, et al., Cryst. Growth Des.
22 5081 (2022)
T. Guillet, et al., Graphene intercalation
in topological insulator/ferromagnet heterostructures for efficient spin-orbit
torques, to be published (2024) [...]
