Diseño y fabricación de films a base de óxidos para aplicaciones en espintrónica

Abstract

Hoy en día existe gran interés en la integración de óxidos de perovskita en sustratos monocristalinos de silicio con el objetivo de mejorar la actuación de los dispositivos electrónicos y ampliar sus funcionalidades. Sin embargo, el crecimiento de óxidos epitaxiales y de calidad sobre silicio aún hoy en día sigue siendo un desafío, debido a la alta reactividad del silicio con el oxígeno y a los desajustes de red entre óxido/sustrato. Con la finalidad de desarrollar dispositivos novedosos y multifuncionales propusimos en esta tesis la fabricación de multiferroicos artificiales consistentes en multicapas que alternan componentes ferroeléctricas y ferromagnéticas. En una primera etapa de la tesis se puso a punto el crecimiento por ablación laser (PLD) de capas delgadas ferromagnéticas de tipo La0.66Sr0.33MnO3 (LSMO), seleccionando capas tapón o buffers de YSZ y CeO2 que permitieran confinar la difusión de oxígeno y mejoraran el acople cristalino entre el sustrato y la película de interés. La optimización del proceso de crecimiento se llevó a cabo realizando una caracterización detallada del apilamiento de las distintas capas, su composición química, la calidad y tipo de estructura cristalina así como las propiedades magnéticas y eléctricas de este sistema. Los distintos ensayos permitieron constatar la excelente cristalinidad de las muestras, la presencia de interfaces relativamente abruptas y de superficies lisas. Nuestro estudio mostró que es posible después de una optimización cuidadosa de los parámetros de crecimiento y la selección apropiada de las capas buffer la integración de películas de LSMO con propiedades magnéticas y eléctricas controladas sobre sustratos monocristalinos de silicio por PLD. En la segunda etapa se trabajó en la construcción de multiferroicos alternando capas delgadas de LSMO y BaTiO3 (BTO) sobre silicio. Para ello se optimizó el crecimiento de las distintas componentes para luego integrar exitosamente bicapas de tipo LSMO/BTO en silicio. Las bicapas mostraron tener interfaces definidas y buena cristalinidad. Se confirmó que las manganitas presentan en estas series de muestras propiedades ferromagnéticas comparables a las de películas de LSMO individuales. Se analizó el rol de las interfaces sobre las propiedades de estos sistemas examinando las propiedades de bicapas BTO/LSMO. Se trabajó igualmente en el crecimiento de electrodos metálicos de LaNiO3 (LNO) para poder controlar la polarización del ferroeléctrico en multicapas. Se lograron capas orientadas en dirección (00h) con baja rugosidad superficial y estructura cristalina relajada respecto al sustrato. Finalmente se fabricaron multicapas LSMO/BTO/LNO cuyas propiedades cristalinas se analizaron, determinando el efecto de las tensiones en la multicapa. Estas heteroestructuras presentan una combinación bastante prometedora para utilizarse en la innovación de dispositivos, como por ejemplo en memorias multiferroicas, donde se aproveche el acoplamiento magnetoeléctrico y magneto-elástico a través de la interfaz FE/FM.