Heterostructures of multiferroic hexagonal rare-earth manganites oxide RMnO3 - Synthesis by liquid injection MOCVD and structural and physical characterisations
Hétérostructures d'oxydes multiferroïques de manganites de terres rares hexagonaux RMnO3 - Elaboration par MOCVD à injection et caractérisations structurales et physiques
Résumé
Bulk hexagonal rare-earth manganites RMnO3 are multiferroic at low temperature: they are simultaneously ferroelectric (TC ~ 900 K) and antiferromagnetic (TN ~ 80 K). We grew RMnO3 and (RMnO3/R'MnO3)n heterostructures, with R = Y, Ho, Er, Dy and Tb, on ZrO2(Y2O3) (111) and Pt (111)/Si substrates, by MOCVD. The films were oriented with the c-axis perpendicular to the substrate plane. DyMnO3 and TbMnO3 hexagonal films were obtained by epitaxial stabilisation. Thickness and composition effects on the structure of the films were studied. The magnetism of the films was explored by neutron diffraction. Antiferromagnetism was evidenced, which order temperature TN decreases with film thickness. The lateral size of the magnetic domains is of the order of 20 - 50 nm. Optical measurements by second harmonic generation showed that the films are ferroelectric at room temperature. A giant magnetocapacitive effect, explained by extrinsic origins, was observed in a (YMnO3/HoMnO3)15 superlattice.
Les manganites de terres rares hexagonaux RMnO3 sont multiferroïques à basse température : ils sont simultanément ferroélectriques (TC ~ 900 K) et antiferromagnétiques (TN ~ 80 K) sous forme massive. Nous avons élaboré par MOCVD des hétérostructures RMnO3 et (RMnO3/R'MnO3)n, avec R = Y, Ho, Er, Dy et Tb, sur des substrats de ZrO2(Y2O3) (111) et Pt (111)/Si. L'axe c est perpendiculaire au substrat dans tous les cas. Les effets de l'épaisseur et de la composition des films sur leur structure ont été étudiés. La diffraction neutronique a mis en évidence une transition antiferromagnétique dans les films, dont la température TN diminue avec l'épaisseur. La taille des domaines magnétiques est de l'ordre de 20 à 50 nm. Des mesures optiques par génération de second harmonique ont montré que les films sont ferroélectriques à la température ambiante. Un effet magnétocapacitif géant, d'origine extrinsèque, a été observé sur une multicouche (YMnO3/HoMnO3)15.