Post-doctorant – Conception et contrôle d’ordres de spin, orbitaux et charges dans les vanadates

Ce post-doc s’inscrit dans le cadre du Projet ANR CITRON. Ce projet est un partenariat entre l’IJL de Nancy et le CRISMAT de Caen.

La multiferroïcité permet de profiter de deux degrés de liberté couplés comme par exemple la polarisation électrique P et l’aimantation M . Grâce au couplage entre ferroélectricité et magnétisme, les matériaux magnétoélectriques (ME) permettent de contrôler M ( P ) par un champ électrique (magnétique).

Jusqu’à présent, la prise en compte d’ un courant de spin pur (un flux d’impulsions de spin électronique sans transport de charge) dans les matériaux multiferroïques est plutôt inexplorée pour réduire la consommation d’énergie. Un courant de spin pur est généré dans un métal lourd non magnétique avec un fort couplage spin-orbite (SOC) par effet Hall de spin (SHE) : l’application d’un courant de charge (J _c ) entraîne un flux perpendiculaire d’électrons (J _spin ) de des rotations de haut en bas se déplaçant dans des directions opposées. Considérant la couche adjacente comme un matériau magnétique, le courant de spin pur injecté peut agir sur son magnétisation M via le couple spin-orbite interfacial (SOT). Si _{le spin} J est injecté dans un composé qui présente également un P spontané , comme dans les matériaux multiferroïques, le transfert de spin interfacial et l’état magnétique pourraient également dépendre de la polarisation électrique par effet électrostatique et/ou effets de déplacement atomique d’interface.

Les matériaux pour les phénomènes dépendants du spin utilisés dans les technologies et concepts de l’information impliquent souvent des ferromagnétiques (FM) dont l’aimantation nette est non nulle sans champ magnétique externe. En revanche, les antiferromagnétiques (AFM) affichent un moment magnétique net nul ou très faible (avec alignement de spin colinéaire ou non). La combinaison de ces phénomènes avec des propriétés spécifiques de l’AFM, comme par exemple la robustesse aux champs magnétiques perturbateurs et la dynamique potentielle de magnétisation ultra-rapide (0,1 – 1 THz)  au-delà de la résonance FM (GHz), pourrait être intéressante pour les applications. Enfin et surtout, les AFM sont plus abondants que les FM sur la planète. De nos jours, l’exploration de tout le potentiel magnétique de l’AFM conduit à d’intenses efforts de recherche.

L’approche matériaux par conception développée à CITRON propose de nouvelles stratégies pour contrôler les ordres de spin et les courants de spin par un champ électrique au lieu d’un champ magnétique. Les multiferroïques magnéto-électriques monophasiques étant cependant assez rares, combiner plusieurs fonctionnalités couplées par conception dans des super-réseaux est devenu un domaine de recherche fertile et compétitif en science des matériaux et nous proposons de considérer le cas du vanadate RVO ₃ (R = terre rare ou yttrium ), un isolant antiferromagnétique à structure cristalline pérovskite . Traiter l’interaction entre la structure cristalline, FE et RVO ₃ antiferromagnétique nécessitera également d’explorer les mécanismes de couplage fondamentaux qui sont également généralement rencontrés dans d’autres classes d’oxydes pérovskites.