Soutenance de thèse de Alexandre LLOPEZ

Pour répondre aux enjeux énergétiques et de performances des dispositifs électroniques, la spintronique intègre un degré de liberté supplémentaire à l’électronique, en exploitant le spin des électrons, en plus de leur charge électronique. Une branche de la spintronique, appelée spin-orbitronique, consiste à exploiter le couplage spin-orbite (SOC) pour manipuler le spin. Grâce à la possibilité de contrôler le SOC avec de faibles tensions électriques, la spin-orbitronique se présente comme une alternative efficace à la spintronique conventionnelle, qui repose sur l’utilisation de fortes densités de courant pour manipuler l’aimantation dans les couches magnétiques. Cette approche promet une diminution importante des coûts énergétiques, ouvrant la voie vers une électronique à faible consommation énergétique. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés aux matériaux à fort couplage spin-orbite et à brisure de symétrie d'inversion, où le couplage entre l’effet Rashba et la ferroélectricité permet un contrôle électrique efficace du couplage spin-orbite. Au cours de cette thèse, nous avons développé la croissance de couches minces de WTe2 par épitaxie par jet moléculaire sur graphène et caractérisé la structure électronique de ces échantillons de WTe2 via la photoémission résolue en angle (ARPES). Un second aspect de cette thèse s’est concentré sur l’étude des propriétés électroniques du GeTe, notamment l'impact de l'épaisseur des films minces de GeTe(111) sur l'effet Rashba et la ferroélectricité. Nous avons notamment mis en évidence, par des mesures ARPES, soutenues par des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), que l’ajout d’une couche interfaciale d’antimoine entre le GeTe(111) et le substrat de Si(111) permet de conserver un effet Rashba géant de volume, jusqu’à une épaisseur d’un nanomètre dans le GeTe.

To address the energy and performance challenges of electronic devices, spintronics integrates an additional degree of freedom into electronics by exploiting electron spin, in addition to their electronic charge. A branch of spintronics, called spin-orbitronics, involves exploiting the spin-orbit coupling (SOC) to manipulate spin. Thanks to the ability to control SOC with low electrical voltages, spin-orbitronics presents itself as an efficient alternative to conventional spintronics, which relies on the use of high current densities to manipulate magnetization in magnetic layers. This approach promises a significant reduction in energy costs, paving the way for low-energy consumption electronics. In the context of this work, we focused on materials with strong spin-orbit coupling and inversion symmetry breaking, where the coupling between the Rashba effect and ferroelectricity allows for efficient electrical control of the spin-orbit coupling. During this thesis, we developed the growth of thin WTe2 layers by molecular beam epitaxy on graphene and characterized the electronic structure of these WTe2 samples via angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). A second aspect of this thesis focused on the study of the electronic properties of GeTe, particularly the impact of the thickness of GeTe(111) thin films on the Rashba effect and ferroelectricity. Notably, we demonstrated, through ARPES measurements supported by density functional theory (DFT) calculations, that the addition of an interfacial antimony layer between GeTe(111) and the Si(111) substrate allows for the preservation of a giant Rashba effect in the bulk, up to a thickness of one nanometer in GeTe.