Ferroelectric Field-Effects in High-Tc Superconducting Devices
Effets de Champ Ferroelectriques dans des dispositifs à base d'oxydes supraconducteurs HTC
Résumé
In this experimental thesis, we fabricated ferroelectric field-effect devices based on high-Tc superconductors. We grew high-quality epitaxial heterostructures consisting of an ultra-thin (2 to 6 unit cells) film of YBCO and a thin ferroelectric film (BFO-Mn). We fabricated transport measurement microbridges and used a CT-AFM tip to polarise the BFO-Mn outwards or towards the BFO-Mn/YBCO interface. Due to the ferroelectric field-effect, the superconducting properties of the underlying YBCO film were consequently modified. We then used this effect locally in order to design weak links within the microbridges: two regions where the superconducting properties are enhanced are separated by a narrow region where they are depressed. We explored the conditions of existence of a Josephson coupling across this weak link.
In parallel, we fabricated ferroelectric junctions. The barrier is an ultra-thin BFO-Mn film sandwiched between a high-Tc superconducting YBCO bottom electrode and a low-Tc superconducting top electrode. Both at room temperature and at low temperature, we characterised the transport
properties across the barrier and the resistive switching resulting from the polarisation of the ferroelectric barrier.
Cette thèse expérimentale a pour objet la fabrication de dispositifs supraconducteurs haute température, basés sur l'effet de champ ferroelectrique. D'une part, des hétérostructures consistant en une couche ultra-fine supraconductrice (2 à 6 mailles unités d'YBCO) et un film mince ferroelectrique (30 nm de BFO-Mn) hautement épitaxiées sont fabriquées par PLD. Des microdispositifs sont ensuite lithographiés, et la polarisation du film de BFO-Mn est polée dans la direction perpendiculaire aux films, soit vers l'interface soit vers la surface du BFO-Mn, à l'aide d'un AFM à pointe conductrice (CT-AFM). L'effet de champ ferroelectrique induit une modification drastique des propriétés supraconductrices du film d'YBCO. Cet effet est ensuite utilisé localement pour définir des liens faibles en travers des microdispositifs : deux régions ou les propriétés supraconductrices sont améliorées par l'effet de champ sont séparées par une région où elle sont déprimées. Les conditions d'existence d'un couplage Josephson à travers ce lien faible sont alors étudiées.
D'autre part, des jonctions ferroelectriques sont fabriquées. La barrière est alors un film ultra-fin de BFO-Mn, entre une électrode haute-Tc (un film d'YBCO) et une électrode basse Tc. Les propriétés de transport à travers cette barrière et le resistive switching résultant du poling de la barrière ferroelectrique sont étudiées à température ambiante et à basse température.
Fichier principal
Bégon-Lours_Thesis_Ferroelectric Field-Effects in HTc devices_2017.pdf (14 Mo)
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