Syntonisation de l'anisotropie magnétique pour l'optimisation des capteurs magnétorésistifs : dévoilement des interactions magnétiques interfaciales dans les films La1-xSrxΜnΟ3

Cette thèse traite de l'optimisation des capteurs de champ magnétique, en particulier des capteurs à magnétorésistance anisotrope (AMR) à base de La1-xSrxMnO3 (LSMO) déposés sur des substrats SrTiO3 (001) (STO). Ce type de dispositifs peut être fabriqué à partir d'une seule couche de matériau ferromagnétique (FM) ; leur fabrication est donc d'une simplicité inégalée par les autres dispositifs magnétorésistifs. L'objectif final est d'implanter ces capteurs dans des systèmes biologiques, ce qui nécessite la capacité de mesurer des signaux de très faible intensité (idéalement de l'ordre de quelques centaines de pT/√Hz) à basse fréquence (<500 Hz). Les capteurs doivent également être de petite taille et pouvoir fonctionner à la température du corps humain. Le paramètre de Hooge, qui décrit l'intensité du bruit à basse fréquence, présente des valeurs étonnamment faibles pour le LSMO, ce qui en fait un candidat idéal pour les capteurs AMR. L'optimisation de ces capteurs a été abordée sous plusieurs angles. Le premier consiste à déterminer l'angle de décalage optimal pour le substrat STO vicinal sur lequel déposer le film LSMO, utilisé pour induire efficacement une anisotropie uniaxiale. La variation de l'angle provoque également une altération de la force d'anisotropie, modifiant la réponse magnétique. La deuxième approche tire parti de la physique complexe des manganites, qui présentent une forte corrélation entre leurs propriétés électriques et magnétiques et sont affectés par la quantité de cations dopants qui remplacent le cation d'origine pour créer l'état de valence mixte. Nous avons donc recherché la concentration optimale en dopant qui améliore le signal de sortie et la réponse au bruit. La troisième et dernière approche concerne la structure des dispositifs. Nous utilisons deux configurations principales pour mesurer les signaux magnétiques. Il s'agit dans les deux cas de structures en pont de Wheatstone (WB) fabriquées selon des directions différentes par rapport à l'axe d'anisotropie facile : 45º et 90º. Le WB à 45º affiche déjà une région linéaire autour du champ appliqué nul, mais sa sensibilité et sa détectivité sont au moins d'un ordre de grandeur inférieures à celles du WB à 90º. Cependant, l'utilisation du WB à 90º nécessite l'application d'un champ de polarisation. Les contraintes imposées par l'application visée empêchent l'utilisation d'un champ magnétique externe, mais en appliquant l'effet Hall de spin (SHE), nous pouvons induire un champ de polarisation interne qui déplace la région de fonctionnement au champ nul. Afin d'utiliser le SHE, nous avons déposé du Pt sur le LSMO et obtenu un couple mesurable de type champ (FL). Les résultats présentés dans cette thèse indiquent des perspectives prometteuses pour l'utilisation de capteurs polarisés intrinsèquement contrôlés afin d'améliorer les performances des capteurs. En effet, le couple FL généré dans les bicouches LSMO/Pt est plus important qu'on ne le pensait auparavant, de l'ordre d'autres matériaux plus courants. D'autres simulations micromagnétiques suggèrent la viabilité de cette approche visant à utiliser le couple FL pour déplacer la courbe de réponse des capteurs. Par conséquent, les connaissances acquises au cours de ces travaux peuvent faciliter la poursuite des recherches visant à optimiser la mise en œuvre de ces capteurs dans un environnement réel.