Emergent interfacial phenomena in complex-oxide based devices

Abstract

En los últimos años, la demanda de ordenadores con mayor velocidad de computación y capacidad en un menor tamaño ha generado un gran interés en la exploración de materiales que puedan ser útiles en esos ámbitos. En particular, los óxidos basados en metales de transición (TMOs) han atraído gran atención en los últimos años debido al amplio abanico de propiedades físicas que pueden aparecer en estos sistemas gracias a la interacción entre algunas de sus características que en un principio deberían ser independientes entre sí, como el espín, la carga, la órbita, la red, etc. En concreto, las propiedades de conducción del sistema pueden variar desde aislante a metal, pasando por superconductor. La estructura común en todos estos sistemas es el tipo perovskita. Una parte muy importante de estos sistemas es la superficie (o intercara), que es una zona donde la distancia entre iones, y por lo tanto sus enlaces, se altera, debido en parte a la ruptura de simetría. Esto, unido a las reconstrucciones electrónicas que se dan, promueve la aparición de nuevas fases en superficies e intercaras. La valencia mixta de los iones implicados en estos sistemas favorece la transferencia de carga necesaria para la reconstrucción electrónica interfacial, lo cual desemboca en propiedades físicas que se producen sólo en una sección reducida del sistema, como es la intercara. En este contexto, la fabricación de heteroestructuras y dispositivos basados en intercaras de óxidos complejos tiene un gran interés tanto fundamental como tecnológico. Es de especial interés el control y la modificación de las propiedades interfaciales mediante estímulos externos como campos eléctricos, campos magnéticos, tensión epitaxial, etc. Con esta misión, esta tesis se ha enfocado en el crecimiento y caracterización de películas delgadas de óxidos complejos, y su inclusión en dispositivos tales como uniones túnel multiferroicas (MFTJ) o transistores eléctricos de doble capa (EDLT). Las uniones túnel, son idóneas para estudiar efectos interfaciales debido a alta sensibilidad de la corriente túnel a los estados en la intercara. La inclusión de una barrera túnel ferroeléctrica permite, gracias al apantallamiento de carga, modificar el nivel de dopado de los electrodos en la intercara, tanto mediante el movimiento de cargas como el movimiento e ionización de vacantes de oxígeno. Los dispositivos EDLT permiten, mediante la aplicación de voltajes de puerta, la generación de densidades de portadores inalcanzables mediante otros dispositivos (1013 portadores/cm2). Esto permite explorar la transición metal/aislante en materiales cuánticos, pudiendo encontrar propiedades inesperadas en los sistemas estudiados. En el capítulo 3 se han estudiado las propiedades eléctricas y estructurales de láminas delgadas de La0.84Sr0.16CuO2.5-¿. Además, se han fabricado uniones túnel simétricas La0.84Sr0.16MnO3/BaTiO3/La0.84Sr0.16MnO3 y uniones túnel asimétricas La0.84Sr0.16MnO3/BaTiO3/La0.84Sr0.16CuO2.5-¿. En el capítulo 4 se realizó una caracterización estructural y eléctrica de láminas delgadas de SrIrO3. Se estudió la transición metal-aislante en función tanto del espesor como de la tensión epitaxial. Se fabricó un dispositivo EDLT basado en el uso de un líquido iónico con el objetivo de tomar medidas de magnetorresistencia y Hall y modelizarlas. A lo largo de esta tesis se han estudiado las propiedades de interfase de óxidos complejos en dispositivos micrométricos. Los resultados obtenidos muestran la importancia de la presencia de vacantes de oxígeno en las interfases de heteroestructuras y su fuerte influencia en las propiedades de conducción del sistema. Se ha comprobado que es posible modificar el estado intrínseco de óxidos complejos mediante la aplicación de campos eléctricos. El dopado electrostático con líquido iónico puede también generar transiciones de fase en óxidos.