Spintronique hybride organique-inorganique – ORINSPIN

L’extension aux matériaux organiques de la spintronique a conduit récemment à l’émergence d’un nouveau champ d’investigation : la spintronique organique. Depuis la découverte de nouveaux effets tels que la magnétoresistance moléculaire ou la magnétorésistance organique, l’accent a été mis principalement sur des dispositifs dont les fonctionnalités sont assurées lorsque des contacts magnétiques sont séparés par un espaceur moléculaire et où les contacts magnétiques agissent éventuellement sur le système moléculaire. Ce type d'interaction comprend la polarisation de spin induite sur les molécules, le blocage du moment magnétique moléculaire sur celui du substrat ou bien la perturbation des états et orbitales moléculaires du fait de leur interaction avec le gaz d’électrons du substrat. Récemment, nous avons aussi démontré que l’action inverse est tout aussi significative, puisque nous avons observé qu’un film moléculaire présentant un ordre antiferromagnétique induit un effet d’anisotropie unidirectionnelle ("exchange bias") sur un film de cobalt. Dans le cadre du présent projet, nous élargirons ces travaux à l’étude de l’effet des molécules sur les propriétés magnétiques des électrodes et à la réalisation de dispositifs multifonctionnels, dans lesquels la transition structurale du système moléculaire influence grandement les propriétés magnétiques des électrodes.
Deux idées seront principalement développées :
Tout d’abord, des complexes à transition de spin, qui peuvent commuter entre un état magnétique et un état non magnétique, sous l’action de stimuli externe tels que la lumière, la température ou un champ électrique, seront couplés par échange à une couche mince magnétique. En commutant la conformation des molécules et donc leur état de spin, nous attendons des variations des moments magnétiques, de l’anisotropie magnétique ou de la coercivité du substrat magnétique. On s’attend de plus à ce que ces effets soient exaltés par les effets du couplage magnéto-élastique qui résulte de la grande différence de taille des molécules entre l’état haut spin et bas spin.
Ensuite, nous développerons des films moléculaires ferroélectriques, dans ce cas, le fort champ électrique à l’interface avec un ferromagnétique sera mis à profit pour induire des modifications des propriétés magnétiques du métal, permettant de réaliser un multiferroïque hybride artificiel. Ces systèmes seront étudiés grâce à une large palette de techniques expérimentales comme la microscopie tunnel, la microscopie à force atomique et magnétique, ainsi que des techniques faisant des moyennes spatiales telles que l’effet Kerr magnéto-optique, le dichroisme circulaire des rayons X ou les mesures de transport. En combinant les savoir-faire des coordinateurs du projet et leurs équipes, ce large spectre de techniques pourra être utilisé pour mettre en exergue les interactions physiques mises en œuvre dans ces systèmes hybrides.