Fonctionnalisation d’oxydes par irradiation ionique – Étude microstructurale des effets d’irradiation aux ions lourds rapides et d’ions basse énergie

The research of MADIR CIMAP group is mainly devoted to the study of irradiation effects in matter using the different GANIL beam facilities. This activity can be divided in three main axes of research :

Structural modifications : from the surface (2D samples) to the bulk.

Irradiation effects in organic materials (astrophyiscal ices and polymers).

Applications, development and experimental setup and valorisation/innovation.

This group has also a huge involvement in the CIRIL user’s platform. The task is to support outside users and external scientists to perform interdisciplinary research at GANIL. Besides maintenance of existing infrastructure (equipment, beam lines) this also leads to development of new experimental set-ups in order to improve quality and possibilities in term of experimental approaches.

Les matériaux oxydes fonctionnels présentent une grande variété de propriétés physiques telles que la supraconductivité, la ferroélectricité, le magnétisme, etc., qui sont prometteuses pour les dispositifs spintroniques de future génération, y compris les dispositifs de capteur et de mémoire [1]. Parmi les oxydes fonctionnels, La_0.7Sr_0.3MnO₃ (LSMO) montre une transition des états ferromagnétique à paramagnétique à la température de Curie de 360 ​​K. Les propriétés ferromagnétiques ont été explorées pour construire des capteurs de champ magnétique basés sur l'effet de magnétorésistance anisotrope (AMR) [2], [3]. Cette dernière application nécessite une anisotropie magnétique uniaxiale, qui dans les films minces LSMO est actuellement obtenue en utilisant des substrats SrTiO₃ vicinaux - c'est-à-dire des substrats où la surface est intentionnellement désalignée par rapport à l'axe cristallographique avec un angle (dans la plage 2-10°) [4]–[6]. Une anisotropie magnétique uniaxiale (de l'ordre du mT, idéal pour la détection magnétique basée sur l'effet AMR) peut alors être induite avec un axe de facile d’aimantation dans le plan du film.

Dans cette étude, nous visons à utiliser l'irradiation ionique par les lignes de faisceaux du GANIL pour nanostructurer la surface de matériaux, potentiels substrats pour des couches minces de LSMO, tels que le SrTiO₃, LaAlO₃, (LaAlO₃)_0.3(Sr₂TaAlO₆)_0.7 et NdGaO₃. Le but est de reproduire par irradiation à la surface de ces substrats, les marches des substrats vicinaux dans le but d’induire une anisotropie magnétique uniaxiale dans des couches de LSMO déposées post-irradiation, mais aussi de générer un gradient de contrainte dans la couche mince qui pourrait servir à stabiliser des objets magnétiques comme les skyrmions. La modification de la morphologie des matériaux par irradiation est dans la majorité des cas inhérente à un changement de la composition chimique et de la structure cristalline du matériau. Dans ce stage, nous utiliserons la Microcopie Électronique en Transmission (MET) combinée à la spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS) pour caractériser à l’échelle atomique les modifications structurales et chimiques induites par l’irradiation dans les différents oxydes.

Ce stage se fera au laboratoire CIMAP en étroite collaboration avec le laboratoire GREYC. La (le) stagiaire acquerra des compétences dans les domaines de l’interaction ion/matière, le travail au sein de grand instrument comme le GANIL, et les techniques de pointe pour la caractérisation structurale de matériaux (MET, EELS) et l’utilisation du FIB (Focused Ion Beam) pour extraire les lames pour la microscopie.

Master 2 science des matériaux, physique, chimie du solide