Estudio del efecto de las tensiones y del acoplamiento magnetoeléctrico en heteroestructuras multiferroicas

• Autores: López Pedroso, Agustín Gabriel
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Steren, Laura Beatriz
• Materia: OXIDOS COMPLEJOS; PELICULAS DELGADAS; MULTIFERROICOS; ESPINTRONICA; INTERFACES; COMPLEX OXIDES; THIN FILMS; MULTIFERROICS; SPINTRONICS; INTERFACES
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los óxidos complejos integran el grupo de los denominados Materiales Cuánticos, concepto que ha cobrado un notable interés en los últimos años. Dichos óxidos comenzaron a estudiarse alrededor de los años 50 del siglo pasado, pero recién hace pocas décadas gracias al avance de la ingeniería de materiales nanoestructurados y técnicas de caracterización pudieron descubrirse interesantes propiedades originadas en la estrecha correlación entre los grados de libertad de carga, orbita y espín. Esta relación entre los parámetros permite modificar las propiedades de los óxidos de manera de diseñar materiales artificiales con funcionalidades originales. Dichas funcionalidades permiten que estos materiales puedan satisfacer necesidades específicas de diversas aplicaciones, siendo una de las más prometedoras la utilización de los óxidos complejos en la nueva generación de dispositivos espintrónicos. Teniendo en consideración que el trabajo realizado durante esta tesis se basó en estudiar la problemática actual de heteroestructuras a base de óxidos junto con las posibles aplicaciones, los objetivos de este trabajo pueden separarse en dos partes. En primer lugar se propuso estudiar las propiedades magneto-eléctricas de películas ultradelgadas de CaMnO3 (CMO). Se analizó en particular sistemas sometidos a distintas tensiones a través del empleo de una serie de sustratos monocristalinos con tamaños de red diferentes. El estudio de dichas muestras se realizó mediante una combinación de numerosas técnicas experimentales y cálculos teóricos lo que permitió analizar en gran detalle diversos aspectos de las películas delgadas. Gracias a todas las caracterizaciones realizadas fue posible obtener un panorama muy detallado sobre los efectos de las tensiones y la baja dimensionalidad sobre las propiedades físicas de films ultra delgados de CMO. El segundo objetivo de la tesis fue el estudio de los efectos de la polarización ferroeléctrica sobre las propiedades magnéticas a través de acoplamientos magnetoeléctricos y magnetoelásticos en multiferroicos artificiales, compuestos por el apilamiento de capas ferroeléctricas y (anti)ferromagnéticas. Para cumplir con dicho objetivo se estudiaron heteroestructuras conformadas por CMO y BaTiO3 (BTO). Se llevó a cabo un estudio detallado de la estructura cristalina y de las propiedades ferroeléctricas de la heteroestructura para asegurar una alta calidad de las muestras. Los desafíos de estudiar multiferroicos artificiales son numerosos y por lo tanto su estudio resulta desafiante. Se buscó una estrategia original para analizar los cambios en las propiedades magnéticas en el CMO debido a la polarización del BTO y fue a través de la medida de magnetoresistencia Hall de Espín (SMR). Gracias a esta estrategia fue posible medir cambios considerables en la respuesta magnética de las muestras. Para concluir, en esta tesis se realizó un trabajo integral sobre el estudio de los óxidos complejos nanoestructurados, gracias al cual fue posible analizar en gran detalle los efectos de las tensiones y acoplamiento magnetoeléctrico y magnetoelástico en films ultradelgados de CMO y heteroestructuras multiferroicas de CMO/BTO [fórmula aproximada, revisar la misma en el original].
Complex oxides are part of a major group known as Quantum Materials, a concept that has gained a great deal of popularity in the last years. These oxides began to be studied around the 50’s but only a few decades ago thanks to the advancement of nanostructured materials engineering and characterization techniques it has been possible to discover interesting properties which take advantage of the close correlation among the different degrees of freedom; charge, orbital and spin. This close correlation allows the design of artificial materials with original properties to satisfy specific demands of different applications, being one of the most promising the use of complex oxides in the next generation of spintronics devices. Taking into consideration that the work done during this thesis was focused on studying the current problematics of complex oxides and their possible applications, the objectives of this work can be divided in two parts. The first objective was to study CaMnO3 (CMO) ultrathin films growing by PLD. With the aim of modifying physical properties of these films, different monocrystalline substrates were used to change the strain field across. The most relevant results were obtained using the SrTiO3 (STO) and the LaAlO3 (LAO) substrates. To analyze in great detail several aspects of the samples, a combination of numerous experimental techniques were used. Thanks to all the characterizations done it has been possible to get a major understanding about the effects of the strain and low dimensionality in CMO ultrathin films. The second objective of the thesis was to study the effects of ferroelectric polarization on magnetic properties through magnetoelectric and magnetoelastic couplings in artificial multiferroics, composed by stacking ferroelectric and (anti)ferromagnetic layers. To accomplish this objective, heterostructures made of CMO and BaTiO3 (BTO) were grown. A detailed characterization of the crystal structure and ferroelectric properties were done to ensure the quality of the multiferroic heterostructures. The challenges of studying artificial multiferroics are numerous and therefore their characterization is challenging. To overcome these difficulties an original approach was employed, the utilization of the spin hall magnetoresistance (SMR) as a strategy to measure changes of the magnetic properties of the CMO depending on the polarization of BTO. This strategy probed to be successful and it was possible to observe major changes in the magnetic response of the samples. To conclude, in this thesis a comprehensive work on the study of nanostructured complex oxides was carried out, thanks to which it was possible to analyze in great detail the effects of strain and magnetoelectric coupling in CMO ultrathin films and CMO/BTO multiferroic heterostructures [fórmula aproximada, revisar la misma en el original].
Fil: López Pedroso, Agustín Gabriel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.