Elaboration of SmFeO3 and LaNiO3 thin films by Pulsed Laser Deposition and associated high temperature transition studies by in situ spectroscopic ellipsometry.
Elaboration de couches minces de SmFeO3 et LaNiO3, de structure perovskite, par dépôt laser pulsé
Etudes associées des transitions de phase à haute température par ellipsométrie spectroscopique in situ.
Résumé
This work presents the growth of SmFeO3 (SFO) and LaNiO3 (LNO) thin films by pulsed laser deposition.
First, we have focused on deposition conditions of SFO growth on fused quartz substrate. Thicknesses have been calculated from in situ ellipsometric measurements during the growth. Furthermore, optical indexes and lattice parameters show two transition temperatures in correlation with the Curie (Tc) and spin reorientation (TRS) temperatures. Epitaxial cube on cube growth has been obtained on SrTiO3 (STO) (001). In this case, the easy magnetization axis, as measured by SQUID magnetometry, is perpendicular to the film plane at room temperature whereas it is expected to be along the a direction .
Second, substrate temperatures and oxygen pressures have been varied to determine the optimal deposition conditions for epitaxial cube on cube growth of LNO films on STO (001) substrate. The thermal variation of optical indexes is linear with a change in the slope around [200-300°]. In situ spectroscopic ellipsometry is used, as well, for the detection of the metal-insulator transition associated with the reduction and re-oxygenation of thin films. The kinetics of this last transformation are detailed and we show that it's possible to tune of the oxidation state.
Finally, SFO/LNO/STO and SFOII/LNOII/SFOI/LNOI/STO heterostructures have been made. Again, the growth of SFO on LNO is epitaxial (cube on cube). Transport measurements have revealed an effect of both SFO and LNOII thicknesses at low temperature and are discussed here.
First, we have focused on deposition conditions of SFO growth on fused quartz substrate. Thicknesses have been calculated from in situ ellipsometric measurements during the growth. Furthermore, optical indexes and lattice parameters show two transition temperatures in correlation with the Curie (Tc) and spin reorientation (TRS) temperatures. Epitaxial cube on cube growth has been obtained on SrTiO3 (STO) (001). In this case, the easy magnetization axis, as measured by SQUID magnetometry, is perpendicular to the film plane at room temperature whereas it is expected to be along the a direction .
Second, substrate temperatures and oxygen pressures have been varied to determine the optimal deposition conditions for epitaxial cube on cube growth of LNO films on STO (001) substrate. The thermal variation of optical indexes is linear with a change in the slope around [200-300°]. In situ spectroscopic ellipsometry is used, as well, for the detection of the metal-insulator transition associated with the reduction and re-oxygenation of thin films. The kinetics of this last transformation are detailed and we show that it's possible to tune of the oxidation state.
Finally, SFO/LNO/STO and SFOII/LNOII/SFOI/LNOI/STO heterostructures have been made. Again, the growth of SFO on LNO is epitaxial (cube on cube). Transport measurements have revealed an effect of both SFO and LNOII thicknesses at low temperature and are discussed here.
Ce mémoire présente une étude de la préparation de couches minces du SmFeO3 (SFO) et du LaNiO3 (LNO) par ablation laser.
L'étude s'est d'abord focalisée sur la croissance du SFO sur silice amorphe afin de déterminer les conditions de croissance. Les épaisseurs sont mesurées in situ pendant la croissance par ellipsométrie spectroscopique. La variation thermique des indices optiques ainsi que les paramètres de maille présentent deux transitions qui semblent être corrélées aux températures de Curie (Tc) et de réorientation de spin (TRS). Une croissance épitaxiale du SFO (cube sur cube) sur STO (001) a été aussi obtenue. Les mesures magnétiques à l'ambiante (SQUID) montrent que les moments magnétiques pointent dans la direction perpendiculaire au film, c'est à dire suivant c, axe de facile aimantation à haute température (T> TRS) contrairement aux prévisions (axe a).
Une optimisation des températures de substrat et de pression d'oxygène a été ensuite réalisée lors de la croissance épitaxiale (cube sur cube) du LNO sur STO (001). La variation thermique des indices optiques, linéaire, présente un changement de pente dans la gamme [200-300°C]. L'ellipsométrie permet également la détection des transitions métal-isolant associées à la réduction et ré-oxygénation des films. La cinétique de la ré-oxygénation est détaillée ainsi que le contrôle de l'état d'oxydation.
Enfin, nous avons étudié les hétérostructures SFO/LNO/STO et SFOII/LNOII/SFOI/LNOI /STO. Nous avons montré que SFO croit de manière épitaxiale (cube sur cube) sur LNO. L'influence des épaisseurs de SFO et de LNOII sur les propriétés de transport à basse température des empilements est finalement démontrée.
L'étude s'est d'abord focalisée sur la croissance du SFO sur silice amorphe afin de déterminer les conditions de croissance. Les épaisseurs sont mesurées in situ pendant la croissance par ellipsométrie spectroscopique. La variation thermique des indices optiques ainsi que les paramètres de maille présentent deux transitions qui semblent être corrélées aux températures de Curie (Tc) et de réorientation de spin (TRS). Une croissance épitaxiale du SFO (cube sur cube) sur STO (001) a été aussi obtenue. Les mesures magnétiques à l'ambiante (SQUID) montrent que les moments magnétiques pointent dans la direction perpendiculaire au film, c'est à dire suivant c, axe de facile aimantation à haute température (T> TRS) contrairement aux prévisions (axe a).
Une optimisation des températures de substrat et de pression d'oxygène a été ensuite réalisée lors de la croissance épitaxiale (cube sur cube) du LNO sur STO (001). La variation thermique des indices optiques, linéaire, présente un changement de pente dans la gamme [200-300°C]. L'ellipsométrie permet également la détection des transitions métal-isolant associées à la réduction et ré-oxygénation des films. La cinétique de la ré-oxygénation est détaillée ainsi que le contrôle de l'état d'oxydation.
Enfin, nous avons étudié les hétérostructures SFO/LNO/STO et SFOII/LNOII/SFOI/LNOI /STO. Nous avons montré que SFO croit de manière épitaxiale (cube sur cube) sur LNO. L'influence des épaisseurs de SFO et de LNOII sur les propriétés de transport à basse température des empilements est finalement démontrée.
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