Spin-orbit interaction and topological phases at correlated oxide interfaces.

• Autores: Andrea Peralta Somoza
• Directores de la Tesis: Jacobo Santamaría Sánchez-Barrriga (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Interacción espín-órbita y fases topológicas en interfases de óxidos correlacionados.
• Tribunal Calificador de la Tesis: Zouhair Sefrioui Khamali (presid.), Lucas Pérez García (secret.), Javier Eulogio Villegas Hernández (voc.), Tamalika Banerjee (voc.), María del Carmen Muñoz de Pablo (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Electromagnetismo
      • Magnetismo
    • Química física
      • Fenómenos de transporte
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • Los materiales cuánticos han ganado gran relevancia en la física del estado sólido debido a su capacidad para mostrar fenómenos cuánticos emergentes. El SrIrO3, un óxido metálico de transición 5d, es un destacado material cuántico debido a su equilibrio entre correlaciones electrónicas y el acoplamiento espín-órbita. Este equilibrio le permite modular sus propiedades físicas ante perturbaciones externas, manifestando cambios en sus características eléctricas y magnéticas ante estímulos leves.

    Un objetivo clave de esta tesis doctoral es emplear perturbaciones externas para manipular las propiedades del SrIrO3. Nos centramos principalmente en dos métodos: tensión epitaxial y dispositivos de efecto campo con líquidos iónicos.

    La combinación de óxidos 5d como el SrIrO3, con fuerte interacción espín-órbita, y óxidos 3d ferromagnéticos es también una buena estrategia para estudiar la interacción entre topología y correlaciones. Esta combinación nos permite estudiar nuevos fenómenos emergentes, como las texturas quirales de espín o fenómenos de proximidad exóticos en las interfaces. Como segundo objetivo de esta tesis, estudiaremos las propiedades de transporte de heteroestructuras combinando SrIrO3 y La0.7Sr0.3MnO3.

    Los objetivos de esta tesis se alcanzarán mediante el crecimiento de películas delgadas y heteroestructuras mediante la técnica de pulverización catódica de alta presión de oxígeno. Se explorarán las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas de estos sistemas mediante una amplia variedad de técnicas experimentales. Finalmente, los resultados se contrastarán mediante simulaciones de primeros principios.

    Esta tesis está estructurada en siete capítulos. Los capítulos 1 y 2 se corresponden con la introducción y los métodos experimentales de la tesis. A continuación, se suceden cuatro capítulos de resultados: - El capítulo 3 está dedicado al efecto de la tensión epitaxial en el SrIrO3. Estudiamos las propiedades estructurales y electrónicas del SrIrO3 bajo diferentes tensiones epitaxiales. Observamos que ciertos sustratos pueden imponer restricciones de simetría que desencadenan modificaciones de las propiedades electrónicas.

    - En el capítulo 4 hemos estudiado los efectos de campo eléctrico en el SrIrO3. Usando campos eléctricos generados con un líquido iónico, estudiamos la estructura electrónica de una capa ultradelgada de SrIrO3.

    - En el capítulo 5 estudiaremos las propiedades de transporte de heteroestructuras La0.7Sr0.3MnO3/SrIrO3. Observamos la aparición de un efecto Hall anómalo dependiendo de la secuencia en la que se encuentren los materiales en la interfase.

    - En el capítulo 6 estudiamos el efecto Hall topológico (THE) que emerge en heteroestructuras La0.7Sr0.3MnO3/SrIrO3. Las imágenes obtenidas mediante microscopía de fuerza magnética muestran texturas magnéticas granulares similares a skyrmiones y espirales. Observamos que la aparición de espirales está ligada a la aparición del THE. Estos resultados son los más relevantes de la tesis dado que existe un creciente debate entre la relación del THE con las texturas de espín. La correlación de las texturas magnéticas observadas con la aparición de THE aporta una información esencial a este debate.

    Finalmente, en el capítulo 7 se presentan las conclusiones de la tesis.

    En definitiva, nuestra investigación sobre las láminas delgadas de SrIrO3 y La0.7Sr0.3MnO3/SrIrO3 abre nuevas y fascinantes vías de investigación. Considerando cómo la tensión epitaxial y el espesor de la película conspiran para modular las propiedades electrónicas del SrIrO3, será interesante comprobar si otros materiales (rutenatos, osmiatos, etc.) se comportan de forma similar. A su vez, los fenómenos emergentes observados en bicapas La0.7Sr0.3MnO3/SrIrO3 aumentan nuestra comprensión de las interfases de óxidos 3d/5d, siendo extrapolable a sistemas similares.