Etude des propriétés magnétiques des semiconducteurs semimagnétiques II-VI et IV-VI contenant des métaux de transitions et des terres rares par des mesures de R.P.E., d'aimantation et modélisation PDF Download
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L'ETUDE PORTE SUR LES IONS MAGNETIQUES DILUES (METAUX DE TRANSITION: CO#2#+, TERRES RARES: EU#2#+, GD#3#+, YB#3#+ ET U#3#+) DANS DES SEMICONDUCTEURS II-VI, IV-VI, V-VII PAR DES MESURES D'AIMANTATION ET DE RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE (R.P.E.). DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS PRESENTONS LES RESULTATS DE R.P.E. QUI SUR LE POINT STRUCTURAL PERMET D'OBTENIR DES INFORMATIONS SUR L'ENVIRONNEMENT LOCAL ET LA SYMETRIE DE SITE DE L'ION DANS LE RESEAU. LES MESURES DE R.P.E. PERMETTENT DE PLUS DE DETERMINER LE FACTEUR DE LANDE, LES COEFFICIENTS DU CHAMP CRISTALLIN (C'EST-A-DIRE LES ECLATEMENTS ENERGETIQUES ENTRE LES DIFFERENTS NIVEAUX) ET LA CONSTANTE DE COUPLAGE HYPERFINE. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS PRESENTONS LA MODELISATION DE L'ENSEMBLE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX DE L'AIMANTATION SUR LES MATERIAUX II-VI ET IV-VI ET EN PARTICULIER EU#2#+ DANS PBSE POUR LEQUEL NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA CONTRIBUTION DES IONS ISOLES, DES PAIRES, DES TRIPLETS OUVERTS ET DES TRIPLETS FERMES DES MESURES D'AIMANTATION A BASSE TEMPERATURE. DE PLUS, NOUS AVONS ETUDIE L'EFFET DES AUTRES CONSTANTES D'ECHANGES ISOTROPES SUR LES PALIERS DU AUX PAIRES, L'EFFET DU CHAMP CRISTALLIN ET DE L'INTERACTION DIPOLAIRE SUR LA POSITION DES PALIERS DUE AUX PAIRES DANS LES DIFFERENTES DIRECTIONS CRISTALLOGRAPHIQUES
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L'ETUDE PORTE SUR LES IONS MAGNETIQUES DILUES (METAUX DE TRANSITION: CO#2#+, TERRES RARES: EU#2#+, GD#3#+, YB#3#+ ET U#3#+) DANS DES SEMICONDUCTEURS II-VI, IV-VI, V-VII PAR DES MESURES D'AIMANTATION ET DE RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE (R.P.E.). DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS PRESENTONS LES RESULTATS DE R.P.E. QUI SUR LE POINT STRUCTURAL PERMET D'OBTENIR DES INFORMATIONS SUR L'ENVIRONNEMENT LOCAL ET LA SYMETRIE DE SITE DE L'ION DANS LE RESEAU. LES MESURES DE R.P.E. PERMETTENT DE PLUS DE DETERMINER LE FACTEUR DE LANDE, LES COEFFICIENTS DU CHAMP CRISTALLIN (C'EST-A-DIRE LES ECLATEMENTS ENERGETIQUES ENTRE LES DIFFERENTS NIVEAUX) ET LA CONSTANTE DE COUPLAGE HYPERFINE. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS PRESENTONS LA MODELISATION DE L'ENSEMBLE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX DE L'AIMANTATION SUR LES MATERIAUX II-VI ET IV-VI ET EN PARTICULIER EU#2#+ DANS PBSE POUR LEQUEL NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA CONTRIBUTION DES IONS ISOLES, DES PAIRES, DES TRIPLETS OUVERTS ET DES TRIPLETS FERMES DES MESURES D'AIMANTATION A BASSE TEMPERATURE. DE PLUS, NOUS AVONS ETUDIE L'EFFET DES AUTRES CONSTANTES D'ECHANGES ISOTROPES SUR LES PALIERS DU AUX PAIRES, L'EFFET DU CHAMP CRISTALLIN ET DE L'INTERACTION DIPOLAIRE SUR LA POSITION DES PALIERS DUE AUX PAIRES DANS LES DIFFERENTES DIRECTIONS CRISTALLOGRAPHIQUES
Author: El Mostafa El Kholdi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 138
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LE SEMICONDUCTEUR SEMIMAGNETIQUE, II-VI, HG#1##XCO#XSE, A GAP NUL, PRESENTE UN NOUVEL INTERET LIE A L'EXISTENCE D'UN ETAT RESONNANT DANS LA BANDE DE CONDUCTION. DANS CE COMPOSE, LE COBALT SE COMPORTE COMME UN DONNEUR. POUR UNE CERTAINE COMPOSITION, CE NIVEAU EST RESPONSABLE DE L'ACCROISSEMENT DE LA MOBILITE DANS TOUTE LA GAMME DE TEMPERATURE ET PEUT ETRE POSITIONNE A PARTIR DES MESURES DE TRANSPORT PAR RAPPORT AU BORD DE LA B.C. CE PHENOMENE PEUT ETRE EXPLIQUE PAR DEUX MODELES: SOIT PAR LA CREATION D'UN ETAT ORDONNE SOUS RESEAU DE WIGNER DU A LA REPULSION COULOMBIENNE ENTRE IMPURETES IONISEES, SOIT EN TERME D'ELARGISSEMENT OU DELOCALISATION DES ETATS 3D DU COBALT. POUR UNE COMPOSITION EN COBALT X=0.0087 NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE UNE ANOMALIE SURPRENANTE DE LA MOBILITE, D'UN TYPE NOUVEAU. ELLE PRESENTE UN PALIER ENTRE 10 K ET 80 K. LES MESURES MAGNETIQUES: AIMANTATION ET SUSCEPTIBILITE MAGNETIQUE, NOUS ONT PERMIS DE DETERMINER, D'UNE PART LA COMPOSITION EN COBALT DES ECHANTILLONS ET D'AUTRE PART LE CARACTERE (FERRO OU ANTIFERRO) DU MECANISME D'ECHANGE QUI REGIT LEURS INTERACTIONS. NOUS AVONS ESSAYE DE CORRELER L'ANALYSE DES PHENOMENES DE TRANSPORT A CELLE OBTENUE A PARTIR DES MESURES MAGNETIQUES
Author: Thomas Chanier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 126
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Le but de cette thèse est l'étude de la structure électronique et des propriétés magnétiques des semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS) de type II-VI ZnB VI (BVI = O, S, Se, Te) dopés Co et Mn. L'étude ab initio des couplages d'échange entre deux ions magnétiques premiers voisins montre l'insuffisance de la fonctionnelle LSDA (approximation de la densité locale polarisée en spin) pour décrire l'état fondamental des DMS. Grâce à la LSDA+U, qui prend en compte la corrélation forte des électrons des couches 3d des métaux de transition par une correction de type Hubbard, on obtient des constantes d'échange d-d antiferromagnétiques (AFM) de l'ordre de quelques meV pour les composés à base de Co et Mn non-dopés électriquement. Le dopage de type p permet d'obtenir des températures de Curie ferromagnétiques (FM) de l'ordre de 100 K. Les valeurs LSDA +U des couplages d'échange sp-d Nα (Nβ) entre électrons (trous) de la bande de conduction (de valence) et impuretés magnétiques sont FM (AFM) de l'ordre de 0.1 eV (-1 eV). Un modèle analytique de la structure électronique des DMS montre la présence d'un état localisé séparé de la bande de valence dans les composés à base de ZnO (Nβ fortement AFM) due à l'hybridation forte entre les états 3d de l'impureté magnétique et la bande de valence. L'état fondamental des lacunes neutres isolées dans les semi-conducteurs II-VI est examiné par une combinaison de calculs ab initio et analytiques. On montre que la lacune de Zn dans ZnO porte un spin S=1 en accord avec l'expérience. Dans les autres composés II-VI moins ioniques, cet état triplet est quasi-dégénéré avec un état singulet de spin nul. Les lacunes d'anions sont non-magnétiques.
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Cette thèse est une étude théorique de l'anisotropie magnétique, ionique et d'échange, des Semi-conducteurs Magnétiques Dilués (DMS), des matériaux pour l'électronique de spin. Nous avons passé en revue les différentes approches, numériques et perturbatives, utilisées par le passé dans le calcul de l'anisotropie ionique des ion S de transition (Cr+, Mn2+, Fe3+) puis avons mis au point un modèle microscopique réaliste d'ion S dans un semi-conducteur II-VI, prenant en compte les interactions électrostatiques avec l'ensemble du cristal, l'hybridation des électrons 3d de l'ion S avec ceux des anions premiers voisins, l'interaction spin-orbite et la répulsion coulombienne dans la couche 3d|. Un hamiltonien réaliste pour les impuretés magnétiques Mn2+ a ainsi été établi et ses valeurs propres ont été calculées exactement par un code numérique en Fortran 95 et de manière approchée par théorie des perturbations à l'ordre 4. Nous avons ensuite appliqué notre modèle au cas des trois DMS II-VI dopés au manganèse de structure wurtzite, ZnO :Mn, CdS :Mn et CdSe :Mn. Nos résultats sont en bon accord avec les mesures RPE d'anisotropie ionique et une corrélation hybridation/déformation est suggérée. Nous nous sommes ensuite intéressés au superéchange antiferromagnétique entre ions magnétiques dans les isolants magnétiques. Un calcul perturbatifs à l'ordre 4 a permis de calculer les constantes de superéchange d'une paire d'ions Mn2+ dans les DMS II-VI. Les résultats sont en bon accord avec les mesures de marches d'aimantation et de diffusion inélastique de neutrons. Nous avons pu expliquer l'observation de deux constantes d'échange premiers voisins dans les DMS wurtzite par un processus d'échange bouclé ferromagnétique présent uniquement pour les paires hors du plan hexagonal. Nou avons ainsi précisé la règle de Goodenough-Kanamori pour les ions 3d5.
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DES SYSTEMES (CD,MN)TE ET (ZN,MN)SE ONT ETE ETUDIES EXPERIMENTALEMENT PAR DES MESURES, EN CONTINU OU RESOLUES EN TEMPS, DE PHOTOLUMINESCENCE ET DE SPECTROSCOPIE D'EXCITATION EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DU CHAMP MAGNETIQUE. LES ECHANTILLONS SONT DES HETEROSTRUCTURES SEMI-MAGNETIQUES A BASE DE PUITS QUANTIQUES. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE EXPERIMENTALE PRECISE D'EVALUATION DE LA DISCONTINUITE DE BANDE DE VALENCE Q#V A L'INTERFACE CD#1#-#XMN#XTE/CDTE. LA TECHNIQUE EMPLOYEE S'AFFRANCHIT DES PROBLEMES SOUVENT RENCONTRES DANS D'AUTRES PAYS DE DETERMINATION: INCERTITUDE DES PARAMETRES OU DE LA MESURE ET PROBLEMES AU NIVEAU DES INTERFACES. NOUS AVONS TROUVE LA VALEUR Q#V = 25% 7%. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES DANS UN DEUXIEME TEMPS A QUELQUES UNES DES PROPRIETES DYNAMIQUES D'UN PUITS QUANTIQUE DE (ZN,MN)SE/ZNSE. CE DERNIER PRESENTE UNE STRUCTURE DE BANDE ORIGINALE DUE A L'ETAT DE CONTRAINTE: LE NIVEAU FONDAMENTAL EST UN EXCITON LEGER DE TYPE I ET LE PREMIER NIVEAU EXCITE UN EXCITON LOURD DE TYPE II. NOUS AVONS ETUDIE LE PROCESSUS DE RELAXATION DE L'EXCITON LOURD PIEGE D'INTERFACE VERS L'EXCITON LEGER PIEGE DE TYPE I. NOUS AVONS MONTRE EN PARTICULIER QUE CETTE RELAXATION N'ETAIT PAS TRES EFFICACE A BASSE TEMPERATURE MAIS LE DEVENAIT DE PLUS EN PLUS A MESURE QUE LA TEMPERATURE CROISSAIT. NOUS AVONS ALORS MONTRE INCIDEMMENT L'IMPORTANCE DU COUPLAGE ENTRE LE NIVEAU DISCRET DE TROU LEGER ET LE CONTINUUM DES TROUS LOURDS DE TYPE II. DANS UNE DERNIERE PARTIE NOUS AVONS FAIT VARIER LA LOCALISATION DE L'EXCITON LOURD AUX INTERFACES EN APPLIQUANT UN CHAMP MAGNETIQUE EXTERIEUR. NOUS AVONS AINSI PU MODIFIER LA DYNAMIQUE DE RECOMBINAISON DE CET EXCITON
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L'association du magnétisme et des semiconducteurs est un thème de recherche très actif depuis quelques années. Les recherches portent d'une part sur l'étude de la phase ferromagnétique dans les semiconducteurs magnétiques dilués où des ions magnétiques sont incorporés dans le semiconducteur lors de sa croissance, et d'autre part sur celles des structures dites hybrides, où des couches métalliques ferromagnétiques sont déposées après la croissance du semiconducteur. Des applications intéressantes sont les mémoires magnétiques, les transistors dits de spin, ou encore l'ordinateur quantique. La première partie concerne la caractérisation structurale (spectroscopie d'électrons et microscopies) et magnétique de couches de Fe(001), épitaxiées sur des couches fines de ZnSe(001). D'une part, nous avons étudié en détail les modes de croissance du Fe et d'autre part nous avons démontré le lien entre les symétries structurales et magnétiques. La seconde partie de l'étude porte sur la croissance de systèmes magnétiques à aimantation perpendiculaire (alliage ordonné FePd(001), ou multicouches Cu/Ni(001) et Co/Pt) sur une hétérostructure contenant un puits semimagnétique de CdMnTe(001) dans des barrières de CdZnMgTe(001). Ces structures ont été élaborées avec succès et les couches métalliques présentent de fortes amisotropie magnétiques perpendiculaires. De plus, l'effet de la ségrégation de l'anion du semiconducteur sur la mise en ordre chimique du FePd a été démontrée. Le champ magnétique périodique rayonné par le métal pourra permettre l'apparition de nouveaux et intéressants effets sur les propriétés optiques du puits quantique semiconducteur, telle qu'une localisation des porteurs ou une modification de la phase ferromagnétique du puits semimagnétique.
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L'EFFET D'ECHANGE ENTRE LES ELECTRONS DE BANDE ET LES ELECTRONS D DES IONS MANGANESE MODIFIE LES PRODUITS ELECTRONIQUES DES ALLIAGES DE ZN DANS UN CHAMP MAGNETIQUE. L'EFFET ZEEMAN DE L'EXCITON PERMET DE DETERMINER LA VALEUR DES INTEGRALES D'ECHANGE DE LA BANDE DE VALENCE ET DE LA BANDE DE CONDUCTION DANS CES COMPOSES. LA PRESENCE D'INTERACTIONS MAGNETIQUES ENTRE LES IONS MANGANESE EST RESPONSABLE DES PROPRIETES MAGNETIQUES. LES COURBES D'AIMANTATION DES ALLIAGES DILUES POUR X5% EN CHAMP INTENSE, A BASSE TEMPERATURE, PERMETTENT DE DETERMINER LA CONSTANTE D'ECHANGE ENTRE IONS MN 1ER VOISINS. LES ALLIAGES CONCENTRES PRESENTENT UNE PHASE DE VERRE SPIN A BASSE TEMPERATURE
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LE TELLURURE DE CADMIUM ET DE MANGANESE EST L'UN DES SEMICONDUCTEURS SEMIMAGNETIQUES LES PLUS CONNUS. ON L'OBTIENT, A PARTIR D'UN CRISTAL II-VI DE CDTE, EN SUBSTITUANT DES ATOMES DE CADMIUM PAR DES ATOMES DE MANGANESE (QUI ONT UN SPIN 5/2). DEUX PHENOMENES SE COMBINENT ALORS. D'UNE PART, LES ATOMES DE MANGANESE FORMENT UN SYSTEME DE SPINS LOCALISES QUI EST PARAMAGNETIQUE ET, LORSQUE CEUX-CI SONT EN CONCENTRATION IMPORTANTE, CES SPINS SE COUPLENT ENTRE-EUX DE FACON ANTIFERROMAGNETIQUE. D'AUTRE PART, LES PORTEURS QUE L'ON PEUT PHOTO-CREER ONT UN SPIN (DELOCALISE) QUI INTERAGIT EGALEMENT AVEC CELUI DES ATOMES DE MANGANESE. CES DEUX EFFETS, QUI SONT EN FAIT INTERDEPENDANTS, SONT RESPECTIVEMENT RESPONSABLES DES PROPRIETES MAGNETIQUES ET DES PROPRIETES OPTIQUES DE CD#1#-#XMN#XTE A L'ETAT MASSIF ; CES DERNIERES SE CARACTERISENT NOTAMMENT PAR UN EFFET ZEEMAN, PROPORTIONNEL A L'AIMANTATION, QUI PEUT ETRE CENT FOIS PLUS IMPORTANT QUE DANS CDTE. L'OBJET DE CETTE THESE EST DOUBLE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS UTILISE CE MATERIAU DANS DES STRUCTURES DE BASSE DIMENSIONNALITE : PUITS QUANTIQUES, SUPER-RESEAUX, COUCHES FRACTIONNAIRES, SUPER-RESEAUX VERTICAUX. LES PROPRIETES MAGNETO-OPTIQUES DE CDMNTE NOUS ONT AINSI PERMIS D'OBSERVER LES PHENOMENES DE SEGREGATION DU MANGANESE DANS UN RESEAU DE CDTE ET D'ETUDIER LES MODIFICATIONS DE L'AIMANTATION PAR RAPPORT AU MASSIF. CES TRAVAUX NOUS ONT AMENES A DEVELOPPER UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE CROISSANCE ET NOUS AVONS PU, POUR LA PREMIERE FOIS DANS LES SEMICONDUCTEURS II-VI, OBSERVER L'ANISOTROPIE DE LA POLARISATION DE LA LUMINESCENCE DE SUPER-RESEAUX VERTICAUX MNTE/CDTE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS AVONS UTILISE CDMNTE DANS DES PUITS QUANTIQUES A L'INTERIEUR DE MICROCAVITES AFIN DE MODIFIER, GRACE A UN CHAMP MAGNETIQUE, LE COUPLAGE ENTRE LE NIVEAU EXCITONIQUE DU PUITS ET LE NIVEAU PHOTONIQUE DE LA CAVITE. NOUS AVONS AINSI PU OBSERVER UN REGIME DE COUPLAGE FORT (EFFET RABI) ET OBTENIR UN EFFET LASER SUR UNE TRANSITION POLARITONIQUE.
Author: Bobby Prévost Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Les aimants frustrés sont des systèmes dans lesquels des moments magnétiques localisés interagissent grâce à des interactions d'échange en compétition, créant une forte dégénérescence de l'état fondamental. Cette frustration est généralement induite par la géométrie du système, mais peut tout autant provenir d'un équilibre précaire des forces d'interactions magnétiques J1-J2 avec les premier et deuxième plus proches voisins. Les systèmes étudiés appartiennent à la famille AkLn2O4 (où Ak = métal alcalino-terreux et Ln = lanthanide) dans lesquels les atomes magnétiques sont pavés de manière hexagonale sur le plan ab et forment des chaînes zigzag le long de l'axe c. Dans cette structure, les ions de terre rare se situent à l'intérieur d'octaèdres d'oxygènes déformés, menant à deux sites magnétiques inéquivalents avec des champs cristallins distincts pouvant être décrits par un système effectif unidimensionnel. C'est en mettant à profit des techniques de pointe en diffraction et en spectroscopie de neutrons qu'il est possible de sonder les interactions magnétiques entre les atomes des composés et de déterminer les excitations des états fondamentaux. Des mesures en ce sens ont été effectuées avec de nouveaux échantillons polycristallins de Ba(Dy,Ho)2O4, préparés par réaction à l'état solide. En couplant ces résultats à un calcul détaillé des champs cristallins électriques, il a été possible de démontrer l'indépendance des ordres magnétiques se trouvant sur chacun des sites de terres rares. Ainsi, l'affinement des structures magnétiques de ces deux systèmes montre la coexistence de deux types d'ordres à longue portée. Dans les deux cas, on y observe également une vaste diffraction diffuse pouvant être modélisée à l'aide d'un modèle d'interaction unidimensionnel avec les premier et deuxième plus proches voisins. Ces corrélations persistent à des températures bien en deçà des températures de transitions magnétiques, indiquant la présence de sites où ordre et fluctuations magnétiques cohabitent. Une autre caractéristique de cette famille de composés est la supposition de phases magnétiques induites sous l'application d'un champ magnétique. Dans le SrHo2O4, des mesures d'aimantation en fonction du champ magnétique montrent ainsi la présence d'un large plateau se situant au tiers de l'aimantation totale. Cette phase magnétique induite est caractérisée par des mesures de diffraction de neutrons sur des monocristaux pour lesquels la croissance a été effectuée par la technique optique à zone flottante. De fait, l'application d'un champ magnétique montre l'existence d'une transition d'un des sites magnétiques d'un ordre double Néel vers un ordre à courte portée intermédiaire. L'affinement de la structure magnétique, complexe en raison de la courte portée des interactions, suggère d'une part la présence d'aimantation non-uniforme d'un site à l'autre et, d'autre part, la présence d'un moment magnétique transversal. Une revue de concepts théoriques de magnétisme se retrouve dans le premier chapitre de cette thèse, afin de définir la frustration. Le prochain chapitre est une courte revue de la littérature des systèmes de cette famille, avec l'accent sur les principales caractéristiques de la structure cristalline et magnétique, ainsi que du développement de plateaux dans l'aimantation. Le troisième chapitre présente la caractérisation de la structure magnétique du BaDy2O4 et du BaHo2O4 par diffraction et spectroscopie de neutron. Finalement, une description de la phase magnétique induite en champ magnétique du SrHo2O4 est faite.
Author: Samih Isber
Author: Samih Isber
Author: El Mostafa El Kholdi
Author: Thomas Chanier
Author: Adrien Savoyant
Author: Adil Errebbahi
Author: THIERRY.. LEBIHEN
Author: Christophe Bourgognon
Author: Gilles Barilero
Author: FRANCOIS.. KANY
Author: Bobby Prévost