2) Nitrures de terres rares

Dans le domaine de la spintronique plusieurs types d’architectures ont été proposées: métal ferromagnétique/semiconducteur, semiconducteurs magnétiques dilués, ou encore semiconducteurs magnétiques.
L’activité développée au CRHEA a pour objectif la fabrication et caractérisation d’hétérostructures à base de nitrures de terres rares (NTRs). Les NTR ont la particularité, à basse température, d’être à la fois un composé semiconducteur et magnétique. Au laboratoire, l’élaboration des NTR est obtenue à l’aide d’un bâti d’épitaxie par jets moléculaires (EJM), Riber 32p. Les NTR cristallisent dans la structure cubique du chlorure de sodium (NaCl) et s’agit donc des composés binaires entre un élément de la colonne des lanthanides et un atome d’azote. Les matériaux développés au CRHEA sont le nitrure de samarium (SmN) et le nitrure de gadolinium (GdN), qui possèdent des propriétés électriques et magnétiques remarquables. L’évaporation des terres rares Gd et Sm est réalisée à l’aide d’une cellule d’effusion. L’azote atomique peut provenir soit d’un gaz précurseur, l’ammoniac (NH3), mais peut-être aussi obtenu par effet catalytique entre l’azote moléculaire et les lanthanides (dans notre cas le Gd et Sm). L’image au microscope électronique à balayage (figure 2(a)) montre un exemple de couche épitaxiale élaborée par EJM sur une couche tremplin AlN sur silicium (111). Les épaisseurs de NTR sont de l’ordre de 100-200 nm, alors que la couche d’encapsulation de GaN permet de passiver les NTR, étant donné qu’ils ont l’inconvénient d’être très réactifs au contact de l’air. Comme illustré par les diffractogrammes de la figure 2(b), les matériaux ainsi obtenus sont monocristallins, ce qui illustre bien l’intérêt de l’EJM pour le développement de cette filière.