Nous avons décidé de nous focaliser sur des vannes de spin ayant pour électrodes magnétiques l'alliage d'Heusler Co2MnSi. Cet alliage est actuellement considéré comme l'un des candidats les
plus prometteurs en tant que matériau d'électrodes pour l'électronique de spin et une intense recherche autour de ce composé existe. Sa demi-métallicité numérique a été con rmée expéri- mentalement [38] et nous avons, de plus, étudié en détails l'eet de défauts structuraux sur ses propriétés électroniques et magnétiques dans le chapitre 3. Il nous a donc paru naturel de centrer l'étude de ces hétérostructures sur ce composé. Nous allons, dans cette section, présenter briève- ment les deux alliages d'Heusler non-magnétiques choisis pour servir d'espaceur métallique entre deux électrodes de Co2MnSi dans ces vannes de spin tout-Heusler.
Les alliages d'Heusler non-magnétiques ont été sélectionnés a n que leur structure cristalline et électronique corresponde à celle de l'alliage Co2MnSi. Cette sélection s'est faite grâce à la
base de données constituée par l'équipe de W. H. Butler de l'université de l'Alabama http: //heusleralloys.mint.ua.edu/ [284].
Le premier alliage métallique non-magnétique choisi est le full-Heusler Fe2VAl. C'est un
semi-métal, étudié depuis les années 2000 principalement pour ses propriétés thermoélec- triques [301, 302]. Son désaccord paramétrique avec Co2MnSi est, comme nous pouvons le voir
sur le tableau 5.1, extrêmement faible : 2% pour les paramètres de maille mesurés et 1% pour les paramètres de maille calculés par DFT. Sa densité d'états, que nous avons calculée, est tracée sur la gure 5.2.a. Une étude ab initio de l'impact des défauts ponctuels sur la structure électro-
nique de ce matériau a montré, en 2016, que des lacunes de vanadium ou des anti-sites FeV(un
atome de Fe sur un site V) et VFe (un atome de V sur un site Fe) pouvaient induire un caractère
magnétique à l'alliage [303].
Paramètre de maille exp (Å) Paramètre de maille calculé, GGA (Å)
Co2MnSi 5.654 [8] 5.630
Fe2VAl 5.766 [301] 5.692
RhNiSi 5.62
Table 5.1 Paramètres de maille, mesurés expérimentalement (exp) et calculés par DFT (renseignés par la base de données [284]) des alliages d'Heusler Co2MnSi, RhNiSi et Fe2VAl.
Le second alliage choisi est l'Half-Heusler RhNiSi. Il n'est aucunement mentionné dans la littérature, mais comme nous pouvons le voir sur le tableau 5.1, son paramètre de maille cal- culé par DFT est extrêmement proche de celui de Co2MnSi, avec seulement 0.2% de désaccord
paramétrique. Sa densité d'états, que nous avons aussi calculée, est représentée sur la gure 5.2.b.
-6 -4 -2 0 2 4 6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 D O S (st a te s/ e V/ f. u .) E-EF(eV) a) Total Fe2 V Al -6 -4 -2 0 2 4 6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 D O S (st a te s/ e V/ f. u .) E-EF(eV) b) Total Rh Ni Si
Figure 5.2 Densité d'états de a) l'alliage full-Heusler non-magnétique Fe2VAl, b) l'alliage
half-Heusler non-magnétique RhNiSi. Ces courbes ont été calculées en GGA, avec le paramètre de maille calculé par DFT.
Les diagrammes de bandes des deux alliages non-magnétiques présentés dans cette section sont tracés sur la gure 5.3, avec celui des électrons de spin majoritaire de l'alliage Co2MnSi.
Qualitativement, les bandes autour du niveau de Fermi dans les trois diagrammes issus de nos calculs sont proches, comparativement à l'accord de structure de bandes entre Ag et Co2MnSi
présenté précédemment ( gure 5.1). Nous pouvons noter que les coe cients de dispersion des bandes sont extrêmement similaires pour les alliages RhNiSi et Co2MnSi.
Les vannes de spin Co2MnSi/Fe2VAl/Co2MnSi et Co2MnSi/RhNiSi/Co2MnSi ont donc, théo-
riquement, tous les prérequis nécessaires pour présenter de grandes magnétorésistances expéri- mentales : une électrode magnétique théoriquement demi-métallique, un désaccord paramétrique faible entre l'électrode et l'espaceur, mais aussi des diagrammes de bandes similaires entre le métal non magnétique et les électrons de spin majoritaire du matériau ferromagnétique Co2MnSi. Nous
allons donc, après avoir exposé le détail de nos calculs, étudier les eets résultant de l'interface entre les deux matériaux.
Les énergies de formation renseignées par la base de données pour les alliages full-Heusler Fe2VAl et Co2MnSi sont négatives, et valent respectivement -0.427 et -0.441 eV/atome. Il parait
donc totalement imaginable de réaliser une hétérostructure avec ces deux alliages. L'énergie de formation de l'alliage half-Heusler RhNiSi est par contre positive ; cet alliage paraît donc
W L Γ X W K -10 -5 0 5 Energy(eV) a) Fe2VAl EF W L Γ X W K -10 -5 0 5 Energy(eV) b) RhNiSi EF W L Γ X W K -10 -5 0 5 Energy(eV)
c) Co2MnSi, spin majoritaire
EF
Figure 5.3 Diagramme de bandes a) de l'alliage full-Heusler non-magnétique Fe2VAl, b) de
l'alliage half-Heusler non-magnétique RhNiSi et c) des électrons de spin majoritaire de l'alliage full-Heusler demi-métallique Co2MnSi. Ces résultats ont été calculés en GGA, avec le paramètre
de maille calculé par DFT.
plus délicat à faire croître expérimentalement. Nous avons tout de même décidé d'étudier la superstructure Co2MnSi/RhNiSi, car même hypothétique, elle reste intéressante comme interface
modèle entre un full-Heusler magnétique et un half-Heusler non-magnétique. Ce type d'interfaces est extrêmement rare dans la littérature. De plus l'utilisation d'alliages half-Heusler, est moins courante que celle des alliages full-Heusler dans le domaine de l'électronique de spin. L'étude de la multicouche Co2MnSi/RhNiSi présentée ici, sera par conséquent moins complète que celle portant
sur la vanne de spin entièrement fabriquée à partir de full-Heusler : une section analysant l'impact de défauts présents à l'interface demi-métal/métal non magnétique ne sera donc eectuée, dans le chapitre 7, que pour l'héterostructure Co2MnSi/Fe2VAl.