Propriétés électroniques à l'équilibre et hors équilibre des systèmes de type multicouche magnétique : la spintronique de dispositifs a base de jonctions tunnel
2006This report summarizes the scienti c activities which I performed during the last ten years. It also presents the perspectives and the projects I would like to develop. The report is structured in several parts. The rst part of my report presents the scienti c activities which I have already performed. Their content is integrated within the framework of the spin-electronics and focuses primarily on the study of magnetism and the spin-polarized transport in magnetic tunnel junctions systems. This work led me to elaborate magnetic tunnel junction systems and to study the correlation between their magnetic properties and the spin polarized transport at macroscopic and microscopic scales. The results obtained in epitaxial MTJs, showed that a physics beyond the free electrons model controls the electronic transport in the crystalline systems. The demonstration of the direct correlation between the electronic and chemical structure of the interface metal/oxide and the spin polarized tunnel transport, leads to important application perspectives for the engineering of interesting magnetoelectric characteristics of spintronic devices. Studies concerning the e ects of the electronic coherence in structures with multiple tunnel barriers and those concerning the possibility to control the magnetic properties by spin polarized currents open the way toward new interesting spin application physics. The complexity of the transport mechanisms in epitaxial systems generated an important personal investment on the ab-initio techniques for the electronic structure analysis and the creation of modeling tools to describe the magnetic and the transport properties. Moreover, from the experimental point of view, the large spectrum of techniques which I used regroups the Sputtering and the Molecular Beam Epitaxy with regard to the elaboration of the samples, the optical lithography/ion etching techniques for patterning the micrometric size objects as well as other various characterization techniques. I mention here the in-situ Electron Di raction (RHEED), the Auger spectroscopy and the ex-situ Atomic and Magnetic Force Microscopy and various other magnetometric and magneto-electric measure techniques for magneto-transport characterization. A second part of the report summarizes some recent results obtained on complex or hybrid tunnel systems. Another part of the report summarizes my research projects and objectives for the years to come. They consist in continuing the studies of magnetism and spin polarized transport in complex heterostructures of reduced dimensionality with a very particular accent on the development of a theoretical axis directed toward the modeling of electronic transport by ab-initio techniques. The appendices of the manuscript contain further information, not detailed in the main text and some new results issued from scienti c collaborations. In the additional report joined to the present manuscript I present (in French) my Curriculum Vitae, the Scienti c Production, a summary of all the teaching, collective responsibilities, participation in contracts and research management activities.Le contenu de ce rapport vise à résumer l'ensemble des activités de recherche que j'ai menées durant ces dernières 10 années ainsi que les perspectives et les projets pour les années à venir. Le dossier se scinde en plusieurs parties. La première partie de mon rapport expose mes travaux scientifiques effectués. Leur contenu s'intègre dans le cadre de l'électronique de spin et repose essentiellement sur l'étude du magnétisme et du transport polarisé en spin dans des systèmes de jonctions tunnel magnétiques. Ce travail m'a amené à élaborer des systèmes type jonctions tunnel magnétiques et à étudier la corrélation entre leurs propriétés magnétiques et leurs propriétés de transport polarisé en spin à des échelles macroscopiques et microscopiques. Les travaux sur les JTMs epitaxiees ont démontré qu'une physique au-delà du modèle des électrons libres gouverne le transport électronique dans les systèmes cristallins. La mise en évidence directe de la corrélation entre la structure électronique et chimique de l'interface métal oxyde et le transport tunnel polarisé en spin montre un fort potentiel pour le contrôle des caractéristiques magnéto-électriques de dispositifs spintroniques. Les études actuelles sur les effets de cohérence électronique dans des structures epitaxiees à multiples barrières tunnel et le contrôle de propriétés magnétiques par des courants de spin hors-équilibre ouvrent la voie vers une nouvelle physique et de nouvelles applications. D'une part, la complexité des mécanismes de transport dans les systèmes épitaxies a généré un important investissement personnel dans les techniques de calcul de structure électronique ab-initio ainsi que dans la création des outils de modélisation des propriétés magnétiques et de transport tunnel. D'autre part, du point de vue expérimental, l'ensemble des techniques que j'ai utilise regroupe l' épitaxie par jets moléculaires et la pulvérisation cathodique en ce qui concerne l' élaboration des échantillons, ainsi que des méthodes de caractérisation in situ (diffraction d' électrons RHEED, spectroscopie Auger) ou ex-situ (AFM pour la structure, MFM pour le micro magnétisme, VSM et e et Kerr pour le magnétisme macroscopique, et des diverses techniques de mesure électriques sous champ pour le magneto-transport). Une deuxième partie du rapport résume des résultats récents obtenus sur des systèmes tunnel complexes. Une autre partie du rapport résumé mes objectifs et projets de recherche pour les années à venir. Ils consistent a poursuivre les études de magnétisme et transport polarise en spin dans des hétéro-structures complexes de faible dimensionnalité avec un accent tout particulier vers le développement d'un axe théorique orienté vers la modélisation du transport électronique par des techniques type ab-initio. Dans un rapport annexe , je présente mon Curriculum Vitae, ma production scientifique, et un résumé des activités que j'ai effectuées dans l'enseignement, l'administration de la recherche, la participation a des contrats et des responsabilités collectives