Spin-dependent transport in oxide multiferroic tunnel junctions

Résumé

En este trabajo de tesis se estudia el transporte dependiente de espín en uniones túnel basadas en óxidos complejos con barrera túnel ferroeléctrica de BaTiO3 y electrodos ferromagnéticos de La0.7Sr0.3MnO3. Aprovechando la alta sensibilidad de la corriente túnel a las propiedades interfaciales, se ha estudiado la reconstrucción eléctrica y magnética en la interfase La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3, la interacción entre ferromagnetismo y ferroelectricidad, y la influencia de las vacantes de oxígeno. Se han caracterizado las propiedades estructurales, magnéticas y ferroeléctricas de las heteroestructuras La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3. Mediante técnicas de difracción de rayos-X, y microscopía electrónica de alta resolución, se ha comprobado que las muestras crecen epitaxiales, libres de defectos estructurales, y no presentan interdifusión química a través de las interfases entre distintos materiales. Se ha verificado que las láminas ultra-delgadas de LSMO poseen propiedades magnéticas cercanas a las de muestras en volumen. También se ha confirmado que las propiedades ferroeléctricas en capas ultra delgas de BTO crecidas sobre una lamina de LSMO persisten por debajo de los 4.4 nm de grosor, haciendo posible su uso como barrera túnel activa.El transporte dependiente de espín en uniones túnel usando electrodos ferromagnéticos de LSMO y barrera túnel de BTO. Al cambiar la dirección de la polarización ferroleléctrica de la barrera túnel se produce un efecto de electroresistencia túnel superior al 1000%, lo que evidencia una fuerte asimetría en las uniones túnel LSMO/BTO/LSMO. Este resultado se produce debido a la modulación de la densidad de carga en la interfase inferior de la tricapa LSMO/BTO/LSMO producida por la inversión de la dirección de la polarización ferroeléctrica. El efecto resultante es una variación de la anchura efectiva de la barrera túnel que afecta fuertemente la corriente túnel. Asimismo, cuando la dirección de la polarización ferroeléctrica apunta hacia abajo se ha encontrado que el TMR a bajos voltajes está fuertemente deprimido como resultado de un filtrado de espín en la corriente túnel a consecuencia del momento magnético inducido en el Ti acoplado antiferromagneticamente con el momento magnético del Mn. Sin embargo, cuando la dirección de la polarización ferroeléctrica apunta hacia arriba se produce un vaciamiento de carga en la interfase inferior. Al no haber densidad de carga el momento inducido en la interfase desaparece, lo que produce una cancelación del filtrado de espín. Como consecuencia de esto, la fuerte depresión del TMR a bajos voltajes se suprime.Nuestros resultados muestran la importancia de las vacantes de oxígeno en las interfases de la heteroestructuras de óxidos complejos, y su fuerte influencia en el transporte túnel. Se ha comprobado que es posible modificar la corriente túnel dependiente de espín usando campos eléctricos gracias al carácter ferroelectrico de la barrera túnel. Con esto se demuestra que estas propiedades interfaciales en las uniones túnel multiferroicas basadas en óxidos de metales de transición no son solo interesantes desde un punto de vista fundamental, sino que también pueden ser de gran utilidad a la hora de diseñar nuevos dispositivos funcionales en el campo de la espintrónica.