Search

Due to their large magneto-optic responses, rare-earth-doped yttrium iron garnets, Y3Fe5O12 (YIG), are highly regarded for their potential in photonics and magnonics. Here, we consider the case of Ce-doped YIG (Ce-YIG) thin films, in which substitutional Ce3+ ions are magnetic because of their 4f1 ground state. In order to elucidate the impact of Ce substitution on the magnetization of YIG, we have carried out soft x-ray spectroscopy measurements on Ce-YIG films. In particular, we have used the element specificity of x-ray magnetic circular dichroism to extract the individual magnetization curves linked to Ce and Fe ions. Our results show that Ce doping triggers a selective charge transfer from Ce to the Fe tetrahedral sites in the YIG structure. This, in turn, causes a disruption of the electronic and magnetic properties of the parent compound, reducing the exchange coupling between the Ce and Fe magnetic moments and causing atypical magnetic behavior. Our work is relevant for understanding magnetism in rare-earth-doped YIG and, eventually, may enable a quantitative evaluation of the magneto-optical properties of rare-earth incorporation into YIG.

Recent findings show the emergence of two-dimensional electron gases (2DEGs) at LaAIO_3/SrTiO_3 interfaces along different orientations; yet details on band reconstructions have remained so far unknown. Via x-ray linear dichroism spectroscopy, we demonstrate that crystal symmetry imposes distinctive 2DEG orbital hierarchies on (001)-and (110)-oriented quantum wells, allowing selective occupancy of states of different symmetry. Such orientational tuning expands the possibilities for electronic engineering of 2DEGs and opens up enticing opportunities to understand the link between orbital symmetry and complex correlated states at LaAIO_3/SrTiO_3 quantum wells.

Clamping of epitaxial La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) magnetic thin films on SrTiO3 (STO) substrates is shown to promote a clear modification of their magnetic properties at the STO cubic-tetragonal transition. Two distinct mechanisms triggered by the STO transition, namely magnetic domain pattern reconstruction and creation of regions within the magnetically soft LSMO with enhanced magnetic anisotropy, are proposed to be behind the observed anomalous magnetic responses at low ac-magnetic field and at high dc-field, respectively. The persistence of these anomalies in LSMO films as thick as 220 nm shines new light into the magnetoelastic coupling mechanisms across interfaces.

Step bunching develops in the epitaxy of SrRuO3 on vicinal SrTiO3(001) substrates. We have investigated the formation mechanisms and we show here that step bunching forms by lateral coalescence of wedgelike three-dimensional islands that are nucleated at substrate steps. After coalescence, wedgelike islands become wider and straighter with growth, forming a self-organized network of parallel step bunches with altitudes exceeding 30 unit cells, separated by atomically flat terraces. The formation mechanism of step bunching in SrRuO3, from nucleated islands, radically differs from one-dimensional models used to describe bunching in semiconducting materials. These results illustrate that growth phenomena of complex oxides can be dramatically different to those in semiconducting or metallic systems.

Epitaxial and fully strained SrRuO3 thin films have been grown on SrTiO3(100). At initial stages the growth mode is three-dimensional- (3D-)like, leading to a finger-shaped structure aligned with the substrate steps and that eventually evolves into a 2D step-flow growth. We study the impact that the defect structure associated with this unique growth mode transition has on the electronic properties of the films. Detailed analysis of the transport properties of nanometric films reveals that microstructural disorder promotes a shortening of the carrier mean free path. Remarkably enough, at low temperatures, this results in a reinforcement of quantum corrections to the conductivity as predicted by recent models of disordered, strongly correlated electronic systems. This finding may provide a simple explanation for the commonly observed¿in conducting oxides-resistivity minima at low temperature. Simultaneously, the ferromagnetic transition occurring at about 140 K, becomes broader as film thickness decreases down to nanometric range. The relevance of these results for the understanding of the electronic properties of disordered electronic systems and for the technological applications of SrRuO3¿and other ferromagnetic and metallic oxides¿is stressed.

Aquesta Tesi descriu la recerca enfocada a l’estudi de la modulació de les propietats òptiques de cristalls fotònics on tenen lloc excitacions plasmòniques. Aquestes propietats es poden modular o, fins i tot, llur magnitud es pot amplificar mitjançant la incorporació de materials funcionals, inclosos compostos magnètics, ferroelèctrics o piezoelèctrics, tot afegint versatilitat al control de la llum a la nanoescala. Per analitzar la interacció entre les propietats òptiques i camps magnètics i elèctrics aplicats, hem utilitzat l’estructura de reixes de difracció com a unitat bàsica d’estudi, amb èmfasi en els efectes combinats de la difracció i ressonàncies plasmòniques en la millora de les respostes magneto-òptiques. L’exposició aborda primerament l’estudi de cristalls magnetoplasmònics fabricats sobre discs digitals comercials (DVD, CD, Blu-ray), que demostra el potencial d’aquestes plataformes per al desenvolupament de dispositius magnetoplasmònics. L’estudi permet generalitzar i donar directrius per al disseny de cristalls magnetoplasmònics on la interacció entre difracció, plasmònica i magnetisme obre el camí a una forma versàtil d’enginyeria de cristalls fotònics. En particular, hem explorat com, en determinades circumstàncies, es poden excitar modes de propagació plasmònics unidireccionals amb grans respostes magneto-òptiques. Finalment, tanquem la Tesi amb l’estudi de cristalls magnetoplasmònics ferroelèctrics, on la interrelació entre magnetisme i ferroelectricitat permet una modulació de les propietats òptiques amb camps elèctrics. Els resultats més rellevants descrits en aquesta Tesi són: - Observació d’un senyal d’efecte Kerr magneto-òptic transversal (TMOKE) particularment gran a incidència quasi-normal, on, per geometria, l’amplitud intrínseca d’aquest efecte és zero. És de rellevància emfatitzar que aquesta observació s’ha fet en cristalls fotònics crescuts sobre discs digitals comercials. - Utilització d’espectroscòpia de reflectància de Fourier resolta per angle per analitzar modes difractius de de llum i plasmons, que ha permès analitzar la interacció entre difracció i modes magnetoplasmònics i, en particular, l’amplifi- cació d’efectes magneto-òptics associada a ressonàncies plasmòniques en la llum difractada. - Condicions geomètriques per a la maximització simultània de reflectància i senyal TMOKE, rellevants per a aplicacions on es llegeixen els senyals òpticament. - Excitació de modes de propagació plasmònics unidireccionals, amb grans respostes de TMOKE associades. - Desenvolupament i implementació d’un disseny de litografia avançada, que permet l’accés òptic i elèctric als dispositius fotònics. Hem utilitzat aquesta metodologia per analitzar els efectes de la polarització ferroelèctrica sobre la resposta de TMOKE: sota certes condicions, el signe del senyal TMOKE pot invertir-se per camps elèctrics. In this Thesis we have investigated the modulation of the optical properties of photonic crystals sustaining plasmonic excitations. Such properties can be tuned or enhanced by incorporating functional materials in the crystals, including magnetic, ferroelectric or piezoelectric compounds, which add versatility to the control of light at the nanoscale. To probe the interplay between the optical properties and external magnetic and electric fields, we used grating couplers as the basic device structure for this analysis, with emphasis on the combined effects of diffraction and plasmonic resonances in the enhancement of magneto-optic responses. We started our work with magnetoplasmonic crystals grown on commercial digital disks (DVD, CD, Blu-ray), showing the potential of these platforms for the development of magnetoplasmonic devices. We generalized the results found in these systems to magnetoplasmonic crystals with engineered optical responses, where the interplay between diffraction, plasmonics and magnetism paves the way to a versatile way to engineer the properties of photonic crystals that goes beyond the particular case of grating couplers. In particular, we have explored how, under some circumstances, light at off-normal incidence can excite unidirectional plasmonic propagating modes with particularly large magneto-optic responses. Finally, we close the Thesis with the study of ferroelectric magnetoplasmonic crystals, where the interplay between magnetization and ferroelectric polarization enables a way to modulate electrically the optical properties of grating couplers. In the following, a list is given of the most relevant outcomes described in this Thesis: i - Observation in magnetoplasmonics crystals of an unexpectedly large transverse magneto-optical Kerr effect at quasi-normal incidence, where, by geometry, the intrinsic TMOKE amplitude tends to zero. ii - Use of angle-resolved Fourier reflectance spectroscopy to analyze diffractive modes of light and plasmons, from which the interplay between magnetoplasmonic modes and diffraction has been revealed, associated with the amplification of the transverse magneto-optical Kerr effect at plasmonic resonances on the diffracted light. iii - Geometrical conditions of grating couplers for the simultaneous maximization of reflectance and TMOKE, relevant for applications where signals are read out optically. iv - Excitation of unidirectional forward- and backward- SPP propagating modes using grating couplers, with particularly large associated TMOKE responses. v - An advanced lithography design was developed and implemented, which allowed the optical access and in-situ ferroelectric and magnetic measurements. We used this methodology to analyze the effects of the ferroelectric polarization on the TMOKE response: under

Al llarg dels últims anys, hi ha hagut un interès creixent en sistemes que, inspirats pels descobriments en neurobiologia, processen la informació sobre la base de xarxes neuronals on la plasticitat sinàptica és l'element nuclear per a desenvolupar càlculs o fins i tot per a emmagatzematge d'informació. En aquest domini de recerca, que comprèn la computació neuromòrfica, un dels objectius és replicar aspectes bàsics de tasques cognitives complexes mitjançant l'emulació de xarxes neuronals i sinapsis artificials, amb l'objectiu de superar el paradigma computacional basat en l'arquitectura de von Neumann. En aquesta Tesi, s'han investigat les propietats òptiques de les interfícies entre els materials LaAlO3 i SrTiO3, havent-se trobat que en aquests sistemes la fotoconductància observada pot explotar-se per a desenvolupar sinapsis òptiques artificials. En particular, s'ha descobert que la conductància d'aquestes interfícies pot augmentar o disminuir plàsticament, en resposta a polsos òptics de diferents longituds d'ona. La foto-resposta observada depèn de l'ordre d'arribada d'estímuls òptics de diferents longituds d'ona, i aplana el camí per a la implementació de plasticitat sinàptica i, més específicament, del fenomen STDP (Spike-Timing Dependent Plasticity) estimulat per impulsos òptics. En la Tesi es discuteix l'origen de la foto-resposta observada i es conclou que és causada per dos processos de fotoexcitació, és a dir, l'excitació d'electrons situats en estats electrònics originats per defectes relacionats amb centres de tipus DX i, paral·lelament, la fotoexcitació a estats superficials a través d'efecte túnel quàntic. Com s'ha esmentat més amunt, es mostra que aquesta foto-resposta es pot adaptar per aconseguir STDP, usant la conductància de pous quàntics epitaxials de LaAlO3 / SrTiO3 com sinapsis òptiques. La possibilitat d'explotar la fotoconductància de LaAlO3 / SrTiO3 per a emular algunes tasques cognitives bàsiques també s'explora en la Tesi. S'analitza també la fotoconductància de interfícies amorfes de LaAlO3 / SrTiO3, on la conductància és sensible a condicions d'il·luminació en entorns ben il·luminats. S'inclou una discussió sobre la perspectiva de fer servir la fotoconductància dels pous quàntics de LaAlO3 / SrTiO3 per a aplicacions en visió neuromòrfica A lo largo de los últimos años, ha habido un interés creciente en sistemas que, inspirados por los descubrimientos en neurobiología, procesan la información en base a redes neuronales donde la plasticidad sináptica es el elemento nuclear para desarrollar cálculos o incluso para almacenamiento de información. En este dominio de investigación, que comprende la computación neuromórfica, uno de los objetivos es replicar aspectos básicos de tareas cognitivas complejas mediante la emulación de redes neuronales y sinapsis artificiales, con el objetivo de superar el paradigma computacional basada en la arquitectura de von Neumann. En esta Tesis, se han investigado las propiedades ópticas de las intercaras entre los materiales LaAlO3 y SrTiO3, habiéndose hallado que en estos sistemas la fotoconductancia observada puede explotarse para desarrollar sinapsis ópticas artificiales. En particular, se ha descubierto que la conductancia de estas intercaras puede aumentar o disminuir plásticamente, en respuesta a pulsos ópticos de diferentes longitudes de onda. La foto-respuesta observada depende del orden de llegada de estímulos ópticos de diferentes longitudes de onda, y allana el camino para la implementación de plasticidad sináptica y, más específicamente, del fenómeno STDP (Spike-Timing Dependent Plasticity) estimulado por impulsos ópticos. En la Tesis se discute el origen de la foto-respuesta observada y se concluye que es causada por dos procesos de fotoexcitación, a saber, la excitación de electrones ubicados en estados electrónicos originados por defectos relacionados con centros de tipo DX y, paralelamente, la fotoexcitación a estados superficiales a través de efecto túnel cuántico. Como se ha mencionado más arriba, se muestra que esta foto-respuesta se puede adaptar para lograr STDP, usando la conductancia de pozos cuánticos epitaxiales de LaAlO3 / SrTiO3 como sinapsis ópticas. La posibilidad de explotar la fotoconductancia de LaAlO3 / SrTiO3 para emular algunas tareas cognitivas básicas también se explora en la Tesis. Se analiza también la fotoconductancia de intercaras amorfas de LaAlO3 / SrTiO3, donde la conductancia es sensible a condiciones de iluminación en entornos bien iluminados. Se incluye una discusión sobre la perspectiva de usar la fotoconductancia de los pozos cuánticos de LaAlO3 / SrTiO3 para aplicaciones en visión neuromórfica. Recently, inspired by neurobiology, researchers have investigated systems that process information based on spiking neural networks where synaptic plasticity is the kernel of calculation, communication, or even storage of information. In this area, neuromorphic computing is proposed to cope with complex cognitional tasks through emulating spiking neural networks consisting of artificial synapses, aiming at overcoming the von Neumann bottleneck in conventional computational paradigms. In this Thesis, we have investigated the optical properties of the LaAlO3/SrTiO3 interfaces, which can be exploited as artificial optical synapses due to their persistent photoconductance. In particular, we find that the conductance of these interfaces can be increased or decreased plastically depending on the time order of arrival of optical pulses of different wavelengths. The observed plastic photoresponse, which depends on the order of time arrival of optical stimuli, paves the way to the implementation of spike-timing dependent plasticity (STDP) using light as external stimulus. In the Thesis we discuss the origin of the observed wavelength-dependent time-correlated photoresponse in epitaxial LaAlO3/SrTiO3 quantum wells. We conclude that the photoresponse involves two photoexcitation processes, namely, the excitation of electrons located at defect-related DX centers and the photoexcitation to surface states via quantum tunneling. As aforementioned, it is shown that this photoresponse can be adapted to achieve STDP, using the conductance of epitaxial LaAlO3/SrTiO3 quantum wells as optical synapses. The possibility of exploiting the photoconductance of LaAlO3/SrTiO3 to emulate some basic cognitive tasks is also explored. Additionally, we have explored the photoconductance of amorphous LaAlO3/SrTiO3 interfaces, where the conductance is sensitive to illumination conditions in well-lighted environments. We include a discussion about the perspective of using the persistence photoconductance of LaAlO3/SrTiO3 quantum wells to applications in neuromorphic vision.

En aquesta tesi s'han investigat les propietats físiques de diferents sistemes basats en òxids funcionals de metalls de transició. Aquests materials presenten una gran varietat de propietats –magnetisme, ferroelectricitat, superconductivitat– que els fan interessants per a ser explotats com a nous dispositius més enllà de les tecnologies electròniques i fotòniques d'avui dia. La força motriu del nostre estudi ha estat la comprensió dels processos físics fonamentals que expliquen una sèrie de fenòmens observats. En alguns casos, el nostre interès ha estat entendre perquè un determinat material mostra una gran activitat magneto-òptica (MO) atípica, i en altres casos, entendre com es mouen els dominis ferroelástics sota camps elèctrics. Finalment, hem concentrat la nostra atenció en les ones acústiques superficials (SAW) i la seva interacció amb els materials magnètics. Tot i la diversitat de materials i propietats estudiades, hi ha un tret en comú: la metodologia més important per investigar aquests sistemes ha estat l'ús de la llum i, més específicament, l'explotació de l'espectroscòpia MO i la microscopía òptica. Alhora, els esforços s'han dirigit a la construcció, sempre que ha estat possible, dels models teòrics adequats que descriuen les dades experimentals. A continuació, enumerem breument dels resultats més rellevants de la investigació descrita en aquesta tesi: (i) La contribució intrínseca de polarons en manganites a l'activitat MO. En resum, el nostre estudi revela una resposta magneto-òptica gegant i inesperada de polarons auto-atrapats en el visible, que és gairebé dos ordres de magnitud major que la resposta de fons del material i comparable a millores de tipus plasmònic o fotòniques a l'activitat MO. A més, proporcionant un marc teòric, hem identificat les transicions electròniques fotoinduïdes responsables de l'activitat MO intrínseca dels polarons. Aquesta troballa obre noves perspectives per explorar altres vies per obtenir grans efectes magnetoelèctrics, utilitzant la magneto-òptica en lloc de propietats magnètiques. (ii) L'estudi de la incorporació de les terres rares en granats d'itri i ferro (YIG) i les conseqüències sobre les seves propietats magnètiques. Resumidament, els nostres resultats mostren que el dopatge de Ce provoca una transferència de càrrega selectiva des del ions de Ce als llocs tetraèdrics dels Fe en l'estructura del YIG. Això causa una pertorbació de les propietats electròniques i magnètiques del compost original que redueix l'acoblament de canvi entre el Ce i els moments magnètics del Fe causant comportament magnètic atípic. Les nostres troballes representen un avanç important per a la comprensió dels processos físics que determinen les propietats òptiques dels compostos basats en YIG. (iii) Hem utilitzat microscòpia òptica i MO per analitzar la distribució espacial de dominis de macla ferroelàstics en cristalls de SrTiO3 sota campselèctrics. El nostre treball ens ha permès identificar el senyal de l'anisotropia del comportament dielèctric de baixa temperatura del SrTiO3. Curiosament, el marc teòric que hem desenvolupat per a descriure aquesta anisotropia indica el paper essencial de l'aparició de modes antiferroelèctrics dels ions de Ti que s'acoblen amb modes polars antiferrodistortive. Les nostres observacions són rellevants per aplicacions en les quals és essencial la comprensió i control de la resposta ferroelástica per al disseny nanotecnològic. (iv) Finalment, hem utilitzat la microscòpia MO per accedir a les propietats magnètiques individuals de dispositius magnetoelèctrics de tipus piezoelèctric/magnètic microestructurats. Específicament, s'han estudiat els efectes de SAWs en un piezoelèctric (LiNbO3) sobre les propietats magnètiques de microestructures de Pt/Co/Pt amb anisotropia-magnètica-perpendicular. Els nostres resultats mostren que les SAW poden induir grans canvis en el camp coercitiu magnètic, fins un 80% del valor inicial. Mitjançant l'ús d'una sonda tèrmica de proximitat hem demostrat que els canvis en les propietats magnètiques són en gran part causa d'una dissipació de calor intrínseca de les SAW., In this Thesis we have investigated the physical properties of different systems based on functional transition metal oxides. These materials show a large variety of properties –magnetism, ferroelectricity, superconductivity– that makes them interesting to explore novel devices beyond today's electronic and photonic technologies. The driving force of our study has been the understanding of the fundamental physical processes that explain a series of observed phenomena. In some cases, our interest has been to understand why a particular material shows an atypically large magneto-optical activity; in other cases, why and how ferroelastic domains move under electric fields; finally, we have turned our attention to surface acoustic waves and their interaction with magnetic materials. In spite of the disparity of materials and properties there is a common thread: our most important methodology to research these systems has been the use of light and, more specifically, the exploitation of magneto-optical spectroscopy and optical imaging. At the same time, efforts have been aimed at building, wherever possible, appropriate theoretical models that describe the experimental data. In the following, a concise and brief account is given of the most relevant outcomes of the research described in this Thesis: (i) We have determined the intrinsic contribution to the magneto-optical activity of polarons in manganites. Our study has revealed a large magneto-optical response in the visible, almost two orders of magnitude larger than the background response of the material and comparable to photonic- or plasmonic-mediated magneto-optical enhancement. Additionally, we have identified the photoinduced electronic transitions responsible for the intrinsic magneto-optical activity of self-trapped polarons. This finding opens new perspectives to explore other pathways to obtain large magnetoelectric effects, using magneto-optics instead of magnetic properties. (ii) We have analyzed the incorporation of Cerium into Yittrium Iron Garnet (YIG) and the consequences of this doping on the magnetic and electronic properties of YIG. Summarizing, our results show that Ce-doping triggers a selective charge transfer from Ce to the Fe tetrahedral sites in the YIG structure. This, in turn, causes a disruption of the electronic and magnetic properties of the parent compound, reducing the exchange coupling between the Ce and Fe magnetic moments and causing atypical magnetic behavior. Our findings represent an important step forward for the comprehension of the physical processes that determine the optical properties of YIG-based compounds. This specially relevant, taking into account that these materials are nowadays present in commercial devices in optical communication technologies. (iii) We have used optical and magneto-optical imaging to analyze the spatial distributions of ferroelastic twin domains in SrTiO3 crystals under the application of in-situ applied electric fields. Our work has enabled us to identify the sign of the anisotropy of the low-temperature dielectric behavior of SrTiO3. Interestingly, the theoretical frame that we have developed to describe this anisotropy indicates the essential role of the emergence of an antiferroelectric displacement of the Ti ions that couples to polar and antiferrodistortive lattice modes. Our observations are very relevant for applications where understanding and controlling the distribution of all types of ferroelastic domains is essential for nanotechnology design. (iV) Finally, we have used magneto-optical microscopy to access the magnetic properties of the individual piezoelectric/magnetic microstructured magnetoelectric devices. Specifically, we have studied the effects of surface acoustic waves (SAW) propagating on a piezoelectric LiNbO3 on the magnetic properties of microstructured Pt/Co/Pt squares with perpendicular magnetic anisotropy. Our results show that SAW can induce large changes in the magnetic coercive field, up to 80 % of the initial value. By using a thermal proximity scanning probe we have shown that the changes in the magnetic properties are largely due to an intrinsic SAW-induced heat dissipation.

La tesis aborda la integración monolítica de óxidos funcionales sobre silicio y la exploración de intercaras entre SrTiO3(110), SrTiO3(111) y otros óxidos En primer lugar la tesis detalla la integración monolítica del BaTiO3 en silicio, la plataforma actual en microelectrónica. Para ello se ha usado la heteroestructura LaNiO3/CeO2/YSZ como capa de barrera química y acomodación estructural. Se han investigado las propiedades estructurales y funcionales. Las capas son epitaxiales y orientadas con el eje c perpendicular al substrato, y presentan rugosidad superficial muy baja y alta polarización ferroeléctrica en remanencia. El óxido ferrimagnético CoFe2O4 fue integrado seguidamente en la estructura. La estructura multifuncional obtenida presenta alta calidad estructural, con excelentes propiedades ferromagnéticas y ferroeléctricas a temperatura ambiente. Asimismo presentamos la integración de BaTiO3 epitaxial sobre Si usando SrTiO3 como capa de barrera. También en este caso los ciclos de polarización ferroeléctrica medidos señalan las buenas propiedades funcionales de la estructura. Se presenta una comparación de las propiedades estructurales y funcionales de BaTiO3 crecido sobre SrTiO3/Si(001) y sobre CeO2/YSZ/Si(001). La segunda parte de la tesis se centra en las propiedades estructurales y de transporte de intercaras de LaAlO3/SrTiO3, con un especial énfasis en el estudio de la formación de un gas bidimensional de electrones en la intercara LaAlO3/SrTiO3(110). El análisis de la estructura y química de la intercara, de su jerarquía orbital electrónica, y de sus propiedades superconductoras amplían el conocimiento existente de los gases bidimensionales de electrones en intercaras de óxidos. Se han estudiado también las intercaras conductoras entre SrTiO3(110) y óxidos amorfos. El estudio ha permitido determinar la importancia relativa de la afinidad con el oxígeno de los metales depositados y la dependencia con la orientación de la energía de formación y difusión de vacantes de oxígeno. Además la tesis detalla el crecimiento monocapa a monocapa de Y:ZrO2 sobre SrTiO3(110), dando lugar a la relación epitaxial [110]YSZ(001) //[001]SrTiO3(110). Representa una nueva intercara presentando discontinuidad de simetría sin presentar variantes cristalinas gracias a usar la superficie de menor simetría como substrato, y abre paso al desarrollo de otras intercaras originales entre óxidos., In this thesis the focus was aimed to the monolithic integration of functional oxides on silicon and to the exploration of interfaces between different oxides and the SrTiO3(110) and SrTiO3 (111) surfaces. Herein we report the monolithic integration of ferroelectric BaTiO3 on silicon, the current platform for microelectronics. This was done using the LNO/CeO2/YSZ buffer layer. The structural and functional properties are investigated. The films are epitaxial an c-oriented. Very low surface roughness and high ferroelectric remanent polarization are reported. High crystal quality ferrimagnetic CoFe2O4 was subsequently integrated in the structure. Thus obtained multifunctional structure shows high structural quality, robust ferromagnetism and superior ferroelectric properties, all at room temperature. Moreover, we report the integration of epitaxial BaTiO3 on Si using SrTiO3 buffer layer. Also in this case the recorded ferroelectric loops point to the good functional properties of this structure. A structural and functional comparison is given between BTO grown on the thin SrTiO3 and CeO2/YSZ buffer layers on silicon. We also report on the structural and transport properties of LaAlO3/SrTiO3 interfaces, with special emphasis on the LaAlO3/SrTiO3(110) interface featuring two-dimensional electron gas (2DEG). Further analysis of the interface structure and chemistry, electronic orbital hierarchy and superconductivity enriched our knowledge of the 2DEG electronic properties. Special focus also was given to the conductive interfaces comprising SrTiO3(110) and amorphous oxides. This study enables us to disentangle the relative importance of the oxygen affinity of the deposited metals and the orientation-dependent energy of vacancy formation and diffusion on the creation of oxygen vacancies. In addition we report the layer by layer growth of Y:ZrO2 on SrTiO3(110), leading to the epitaxial relationship [110]YSZ(001) //[001]SrTiO3(110). This novel idea of an interface featuring a symmetry discontinuity with the substrate being the lower symmetry material paves the way towards development of other innovative oxide interfaces.

Treballs Finals de Grau de Física, Facultat de Física, Universitat de Barcelona, Any: 2015, Tutors: Gervasi Herranz i Adolf Canillas, The aim of this project is to characterize the magnetic properties of Ce:YIG. The samples have a substrate of GGG which has a high magnetic activity that obscures the signal coming from the layer. Employing magneto optical Kerr e ect technique we found two wavelengths in which the high contribution of the substrate vanishes, remaining just the one from the Ce:YIG. Studying the ellipticity around those two wavelengths di erent conclusions can be reached. Representing the growth conditions of the samples with the magnetic parameters, it is deduced that the easy axis of the Ce:YIG is located in the crystal orientation (111). The dependance on the wavelength of the anisotropy eld is an unexpected result that has been obtained. This can be explained if the loop is as a superposition of the sublattices of Fe and Ce, which have di erent dependences on the wavelength. Further work will be necessary.

La primera parte de esta tesis esta dividida en tres capítulos, en los cuales se introducen los conceptos básicos de magnetoóptica y detalles experimentales. Seguidamente se discuten los resultados experimentales en los siguientes cuatro capítulos los cuales forman la segunda parte. La tercera parte incluye apéndices, información complementaria y bibliografía. El primer capitulo llamado Conceptos Básicos introduce al lector en los fundamentos de la magnetoóptica. El segundo capitulo, Transiciones Metal-Aislante, presenta las propiedades básicas de las manganitas y la magnetita. El capitulo de Detalles Experimentales describe las diferentes configuraciones elipsometricas , así como metodologías usadas en esta tesis. La segunda parte incluye un estudio magnetoóptico detallado de manganitas ferromagnéticas y magnetita abarcando el rango óptico entre el ultravioleta y en infra-rojo cercano. Se estudio la influencia del acople electrón-fonon en los espectros magnetoópticos por medio de medidas sistemáticas sobre magnanitas con diferentes composiciones químicas y diferentes interacciones entre electrón-red. Se estableció una conexión directa entre la magneto-resistencia e interacción electrón-red, mediante el extenso análisis de diferentes óxidos magnéticos, entre los cuales se encuentran manganitas y magnetita. Se introduce el concepto de cristal magnetofónico como un sistema periódicamente ordenado con algun componente magnético. Con el objetivo de estudiar la respuesta magnetoóptica intrínseca de los materiales y compararla con la respuesta fotónica, se estudiaron soluciones coloidales como un sistema aleatorio (no ordenado), además demostramos el potencial de la espectroscopia magnetoóptica en el análisis dispersiones de nanoparticulas magnética extremadamente diluidas. En el capitulo de cristales magnetofónicos se describen los mecanismos subyacentes a la interacción de la luz con un medio con modulación periódica de la permitividad. En particular nosotros analizamos la modificación espectral de la respuesta magnetoóptica debida a efectos fotónicos. El documento finaliza con un conjunto de apéndices de información complementaria donde se describe exhaustivamente el sistema de caracterización magnetoóptica que se construyo.