Eterostrutture Fe/BaTiO3 per il controllo elettrico della magnetizzazione

La tesi si inserisce nel filone della ricerca su eterostrutture di materiali ferroelettrici (FE) e ferromagnetici (FM). In particolare si vuole studiare la possibilità di un accoppiamento magneto-elettrico (ME) all’interfaccia FE/FM, ottenendo così un controllo elettrico della magnetizzazione del materiale ferromagnetico sfruttando le risposte ferro- e piezoelettriche dello strato FE. Nella mia tesi sarà presa in considerazione l’eterostruttura Fe/BaTiO3. Sebbene i due materiali siano ben noti singolarmente, solo di recente la loro interfaccia ha attirato l’attenzione dei più importanti gruppi di ricerca. Il lavoro sperimentale, svolto presso il centro L-NESS di Como, è stato finalizzato, in un primo momento, alla ricerca dei parametri per l’ottimizzazione delle proprietà ferroelettriche (verificate con misure d’impedenza) e strutturali (verificate tramite diffrazione di elettroni ad alta energia) dei film di BaTiO3 (BTO) cresciuti su substrati di SrTiO3 drogati con Nb (Nb:STO) per deposizione con laser impulsato. Successivamente sono state cresciute eterostrutture Fe/BTO mediante evaporazione da fascio molecolare per la caratterizzazione chimica (mediante fotoemissione da raggi X), magnetica (mediante effetto Kerr magneto-ottico) e strutturale (mediante diffrazione di elettroni a bassa energia) dell’interfaccia Fe/BTO. I risultati ottenuti indicano non vi è interdiffusione all’interfaccia e il film di Fe è magnetico anche a bassi spessori ma ossidato circa uniformemente per i primi 3 nm. Inoltre l’interfaccia risulta epitassiale, condizione fondamentale per avere interazione di strain tra i due materiali. L’ultima fase della tesi ha previsto la realizzazione di dispositivi ad effetto tunnel (Co/Fe/MgO/Fe) su film ferroelettrici di BTO mediante litografia ottica. Risultati preliminari mostrano valori di magnetoresistenza (TMR) bassi (0.17%). Tuttavia, ad una temperatura di 150 K, è stata misurata una variazione di TMR del 13% in seguito all’applicazione di 2V al film di BTO. Questi risultati preliminari incoraggianti dimostrano la potenzialità di questo sistema per future applicazioni magnetoelettriche nel campo della spintronica.