Description du sujet de thèse

DESCRIPTION DU SUJET DE THESE
La spintronique est de plus en plus reconnue comme une solution pour réduire la consommation d'énergie des composants électroniques. Cependant, un obstacle majeur réside dans la réduction de l'énergie nécessaire pour changer la magnétisation d'un matériau ferromagnétique, qui repose actuellement sur l'injection de courant, ce qui entraîne une perte d'énergie par effet Joule. Le contrôle du magnétisme par des champs électriques via le couplage magnétoélectrique (ME) pourrait résoudre ce problème. Cependant, malgré des décennies de recherche, les résultats ont été modestes, empêchant des avancées significatives vers des applications technologiques. Par exemple, l'approche la plus répandue repose sur des matériaux multiferroïques, qui sont très rares à température ambiante et peu compatibles avec l'intégration CMOS. Nous proposons une nouvelle approche du couplage magnétoélectrique basée sur l'utilisation de matériaux ferroélectriques de la famille des nitrures III à structure wurtzite. Ces matériaux, dont la nature ferroélectrique n'a été découverte qu'en 2019, présentent des propriétés ferroélectriques exceptionnelles et peuvent être traités sur de grandes tranches (300 mm) dans des conditions permettant leur intégration en CMOS. Par ailleurs, une autre approche pour contrôler l'information de spin par la ferroélectricité repose sur le couplage des ferroélectriques avec des matériaux à orbite de spin, et d'exploiter la conversion spin-charge grâce à l'effet inverse de Rashba-Edelstein.

PROJET
L'ambition du projet est donc (i) d'explorer de nouvelles approches de couplage magnétoélectrique utilisant des nitrures ferroélectriques, capables de commuter l'aimantation à 180 degrés et, à terme, de développer une ME-RAM compatible CMOS ; (ii) de développer des dispositifs ferroélectriques spin-orbite (FESO) pour l'informatique en mémoire, basés sur des nitrures ferroélectriques et l'isolant topologique BiSb, pour des applications logiques à très faible consommation ; (iii) générer des gaz d'électrons ferroélectriques bidimensionnels (2DEG) avec un couplage spin-orbite de Rashba accordable et une mobilité élevée à température ambiante, basés sur des empilements AlScN/GaN (transistor ferroélectrique à haute mobilité d'électrons FE-HEMT).

ACTIVITES PRINCIPALES
La thèse portera sur la croissance par pulvérisation cathodique, la caractérisation structurelle et la mesure des propriétés ferroélectriques. Le candidat les couplera ensuite avec des matériaux magnétiques, également obtenus par pulvérisation cathodique, pour étudier le couplage magnétoélectrique (mesures magnéto-optiques sous champs magnétiques et électriques), ainsi qu'avec l'isolant topologique BiSb pour avancer vers le contrôle ferroélectrique de l'interconversion spin-charge et des composants FESO.

Contexte de travail

La thèse se déroulera au Laboratoire Albert Fert à Palaiseau dans le cadre du projet PEPR SPIN "NIFTY", en collaboration avec les laboratoires SPINTEC et PHELIQS. Le candidat aura accès à un vaste parc d'équipements de croissance (sputtering, PLD, etc), de caractérisation (AFM, diffraction, XPS, etc), de fabrication (lithographie optique et électronique, gravure, etc) et de mesures physiques (magnétométrie, transport, etc).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.