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Structure et magnétisme des couches minces de cobaltite de types Ca3Co2O6 et Ca3Co4O9 déposées par ablation laser pulsée

Reda Moubah


Les oxydes magnétiques de basses dimensions présentent un intérêt particulier dû à leurs propriétés intéressantes pour la physique fondamentale et les applications potentielles. Parmi les oxydes à propriétés remarquables, le Ca3Co2O6 et le Ca3Co4O9. Le Ca3Co2O6 est un composé magnétiquement frustré avec une structure magnétique incommensurable [1], il se distingue par un retournement particulier de l’aimantation à très basse température (< 7 K) [2], et par sa forte anisotropie magnétique. Par ailleurs le Ca3Co4O9 possède une structure cristalline constituée de feuillets bidimensionnels (2D) et incommensurable. Cette incommensurabilité induit des propriétés physiques particulières [3]. Dans ce travail on s’intéresse à étudier ces composés sous forme de couches minces.

 

Concernant le Ca3Co2O6, on a pu élaborer des couches minces polycristallines [4], on a déterminé la valeur du gap optique et qui est en accord avec les valeurs obtenues par des études théoriques [5]. Le résultat le plus original est qu’on a démontré que les propriétés magnétiques sont très sensibles à la taille des échantillons. On note que les plateaux d’aimantation observés à 2 K dans les couches minces de Ca3Co2O6 disparaissent pour les couches fines ayant une épaisseur inférieure à 60 nm [6]. Nos résultats sont incompatibles avec l’effet tunnel quantique de l’aimantation comme mécanisme à l’origine des plateaux d’aimantation, et soutiennent les prédictions des modèles Monte-Carlo [6].

 

Quant aux couches minces de Ca3Co4O9, on a déterminé la nature et l’origine des défauts structuraux qui sont souvent observés par microscopie électronique en transmission [7]. Ces défauts correspondent à la formation de phase parasite de CaCo2O4. La formation de cette phase parasite est due à la haute température de dépôt (750°C), à la grande pression appliquée par le substrat d’Al2O3(001) (5.5 GPa) à travers les contraintes et à une possible non stoechiométrie locale de la cible. Ces défauts structuraux influencent les propriétés magnétiques, en réduisant le champ coercitif et l’aimantation rémanente par rapport à ceux du Ca3Co4O9 massif [8,9].

 

1- S. Agrestini, et al. Phys. Rev. Lett. 101, 097207 (2008).

2- Y. B. Kudasov, Phys. Rev. Lett. 96, 027212 (2006) ; A. Maignan, et al. J. Mater. Chem. 14, 1231 (2004).

3- A. C. Masset, et al. Phys. Rev. B 62, 166 (2000).

4- R. Moubah, et al. J. Mater. Chem. 18, 5543 (2008).

5- R. Moubah, et al. Appl. Phys. Lett. 94, 141907 (2009).

6- R. Moubah, et al. J. Phys. Chem. C (2011).

7- R. Moubah, et al. Appl. Phys. Lett. 96, 041902 (2010).

8- R. Moubah, et al. Eur. Phys. J. B 66, 315 (2008).

9- R. Moubah, et al. Thin Solid Films 518, 4546 (2010).

 

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