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J. Biscaras : Supraconductivité bi-dimensionnelle à l’interface d’Oxydes de Titane.
Titre
Supraconductivité bi-dimensionnelle à l’interface d’Oxydes de Titane.
Résumé
Ce travail présente l’étude du transport électronique à l’interface entre deux oxydes isolants le SrTiO3 et le LaTiO3. Lorsqu’une interface polaire est réalisée à la surface d’un substrat de SrTiO3 non dopé, il se forme un gaz d’électrons bi-dimensionnel confiné près de l’interface. Ce phénomène a été mis en évidence pour différents oxydes isolants formant l’interface (LaAlO3, LaVO3, LaGaO3,...). Nous nous sommes intéressés en particulier à l’interface avec l’isolant de Mott LaTiO3. Nous avons montré que le gaz d’électrons présent à cette interface a un comportement métallique et est supraconducteur à très basse température. Nous avons également pu contrôler les propriétés de transport du gaz par effet de champ électrostatique. L’analyse de l’effet Hall à haut champ magnétique a montré que le gaz est composé de deux types de porteurs : une majorité de porteurs de faible mobilité, et une minorité de porteurs de mobilité plus importante. En accord avec un modèle de courbure de bande développé au cours de cette thèse, nous avons montré que les porteurs majoritaires sont confinés près de l’interface dans les sous-bandes les plus profondes, alors que les porteurs minoritaires sont contrôlés par le remplissage et le déconfinement de sous-bandes plus élevées en énergie. La supraconductivité est intrinsèquement liée à la présence de ces derniers. L’analyse du comportement critique de la transition supraconducteur-isolant en champ magnétique révèle que ces porteurs sont spatialement groupés en flaques de tailles mésoscopiques. Les mesures de magnetorésistance mettent en évidence la présence d’un fort couplage spin-orbite de type Rashba qu’il est possible de moduler par effet de champ électrostatique.
Title
Two-Dimensional Superconductivity at Titanium Oxide Interfaces
Abstract
We have investigated the electronic transport at the interface of two insulating oxides : SrTiO3 and LaTiO3. A two-dimensional electron gas (2DEG) is formed when a polar interface is created at the surface of an un-doped SrTiO3 substrate. This has been reported for several insulating oxide forming the interface (LaAlO3, LaVO3, LaGaO3,...). In this work we focus on the interface with the Mott insulator LaTiO3. We have shown that the 2DEG at this interface is metallic and superconducting at very low temperature. We have also modulated its transport properties by electric field effect. The Hall effect measured at very high magnetic field has shown that the 2DEG consist of two types of carriers : a majority of carriers have a low mobility, and a minority of carriers have a higher mobility. We have developed a band bending model of the interface which shows that the low mobility carriers are confined near the interface in the lowest sub-bands, whereas the high mobility carriers are controlled by the filling and spatial extension of sub-bands of higher energy. Superconductivity is linked to the appearance of these high mobility carriers. The quantum critical behavior of the superconductor to insulator transition induced by magnetic field reveals that those high mobility carriers are spread in puddles of mesoscopic sizes. Magnetoresistance measurements evidence the presence of a strong Rashba spin-orbit coupling at the interface, which can also be modulated by electric field effect.