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Dissertations / Theses on the topic 'Semiconducteur magnétique diluée'
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Khazen, Khashayar. "Etude des couches Nanométriques de GaMnAs par Résonance Ferromagnétique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00329331.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude par Résonance Ferromagnétique (RFM) de l'influence des contraintes et des concentrations en trous et en Mn, sur les propriétés magnétiques de films nanométriques de Ga<sub>1-x</sub>Mn<sub>x</sub>As.<br />L'influence des contraintes a été étudié dans des films contenant 7% de Mn déposés sur GaAs ou GaInAs et contraints en compression ou en extension respectivement. Les axes de facile aimantation, le type d'anisotropie, le facteur de Landé, la température de Curie et les constantes d'anisotropie on été déterminés par RFM. <br />La passivation par l'hydrogène de l'activité électrique des Mn a permis l'étude de l'influence de la concentration en trous dans ces systèmes. Différents régimes de conductivité ont pu être atteints: isolant, conduction par bande d'impureté et métallique. Les facteurs g dépendent à la concentration de trous et la température. La relation théorique entre ces facteurs et la polarisation de trous est présentée. Les variations des constantes d'anisotropie magnétocrystallines sont comparées aux modèles théoriques. <br />La plus faible concentration en trous permettant d'atteindre un état ferromagnétique est estimée à 10<sup>19</sup>cm<sup>-3</sup>. La structure des domaines a été étudiée par microscopie magnéto-optique pour cette concentration. L'influence du niveau de dopage en Mn a été étudiée dans la plage de 7% à 21%. Les résultats montrent que, contrairement aux prédictions du modèle de champ moyen, la température de Curie ne dépasse pas 180K même pour les forts dopages, ce qui est attribué à un haut niveau de compensation magnétique. Enfin, la relaxation de l'aimantation est étudiée et des facteurs de damping anisotropes sont mis en évidence.
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Cao, Chong Long. "Modélisation de la dynamique de spin d'un atome magnétique individuel dans une boîte quantique." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2011GRENY062/document.
Full textAbstract:
Nous avons étudié la dynamique de spin d'un atome de Mn inséré dans une boite quantique CdTe. Nos résultats montrent que la relaxation de spin du Mn est plus rapide lorsque la boite quantique contient un exciton. Ceci peut permettre une orientation optique du spin du Mn. Le mélange de bande de valence est le paramètre essentiel permettant la relaxation rapide du spin du Mn dans le champ d'échange de l'exciton. Ce mélange de bande de valence est controlé par la forme et les contraintes dans la boite quantique. L'influence de ces paramètres sur la dynamique du pompage optique a été analysée en détail. Nos simulations du pompage optique sont en bon accord avec les expériences. La dynamique cohérente d'un Mn individuel a aussi été étudiée. L'influence sur le pompage optique de la dynamique cohérente du spin électronique et nucléaire est discutée. Nous avons montré que le couplage entre spin électronique et nucléaire peut être contrôlé optiquement permettant une manipulation du spin du Mn. Nous avons finalement montré que la combinaison d'une excitation résonante optique et micro-onde peut être utilisée pour détecter optiquement la résonance magnétique d'un Mn dans une boite quantique CdTe<br>We have studied the spin dynamics of an individual Mn atom embedded a CdTe quantum dot. Our results show that the Mn spin relaxation is faster when the quantum dot contains an exciton. This can result in an optical orientation of the Mn spin. The valence band mixing is the critical parameter for the fast relaxation rates of the Mn spin in the exchange field of the exciton. This valence band mixing is controlled by the shape and strain of the quantum dot. The influence of these parameters on the optical pumping dynamics were analyzed in detail. Our simulation of optical pumping are in good agreement with experiments. The coherent dynamics of an individual Mn spin was also investigated. We discussed the influence of the coherent dynamics of the coupled electronic and nuclear spins on the optical pumping. We have shown that optically controlled coupling between electronic and nuclear spins could be used for Mn spin switching. We finally demonstrated that the combination of resonant laser and microwave fields can be used to optically detect the magnetic resonance of a Mn spin in a CdTe quantum dot
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Barate, Philippe. "Génération et détection optique d'ondes de spin dans les puits quantiques CdMnTe dopés n." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00587167.
Full textAbstract:
Durant cette thèse, on utilise des impulsions lasers pour générer et détecter des excitations dans des puits CdMnTe dopés n dont la concentration en Mn est très faible. La technique employé est une technique pompe-sonde qui permet de suivre temporellement les excitations générées. On identifiera les ondes de spin de vecteur d'onde nul et on essaiera de les caractériser. On verra que l'on excite et que l'on observe un mode d'excitation inattendu lié aux spins des électrons du manganèses. On développera un modèle qui permettra d'expliquer ce nouveau mode et d'avoir accès à une caractéristique du gaz 2D d'électrons : ça polarisation. Cette caractéristique est fortement liée aux interactions coulombiennes dans le gaz, et nos mesures sont comparées aux dernières théories sur le sujet. Nos mesures et notre théorie sont compatibles avec ces théories et d'autre mesures effectués par d'autres techniques.
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Benaissa, Manel. "ÉLABORATION D'OXYDES DOPÉS DE TYPE DMS (semi-conducteurs magnétiques dilués) PAR ÉLECTRODÉPOSITION SOUS CHAMP MAGNÉTIQUE." Thesis, Reims, 2016. http://www.theses.fr/2016REIMS011/document.
Full textAbstract:
Nos travaux concernent la synthèse et la caractérisation d'oxydes dopés par la méthode d'électrodéposition sous champ magnétique.L'enjeu d'une telle recherche est double puisqu'il associe une étude de synthèses électrochimiques et l'obtention de matériaux associant des propriétés semi-conductrices et magnétiques.Les oxydes étudiés sont l'oxyde de cuivre (I) dopé par le manganèse ou par le cobalt, et l'oxyde de zinc dopé par le cuivre.Notre objectif est l'élaboration sous champ magnétique d'oxydes de type DMS (semi-conducteurs magnétiques dilués), et leurs caractérisations physiques et chimiques.En effet, l'addition du dopage et celui du champ magnétique appliqué pendant l'électrodéposition génèrent des effets sur les matériaux électrodéposés.Nous avons ainsi mis en évidence des modifications au niveau de la morphologie, de la texture, de la composition, et des propriétés optiques ou magnétiques des matériaux obtenus<br>Our work focuses on the synthesis and characterization of doped oxides by electrodeposition method under magnetic field superimposition.The goal of this research presents two challenges, because it combines a study of electrochemical synthesis and obtaining materials with optical and magnetic properties. The materials which have been studied are manganese or cobalt doped copper (I) oxide on the one hand, and the copper doped zinc oxide in the other hand.Our goal is the elaboration of diluted magnetic oxides, and the study of their physical and chemical characterizations.Indeed, the effects of doping and of the magnetic field applied during the electrodeposition can provide interesting changes in morphology, texture, composition and optical and magnetic properties of the obtained materials
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Chakraborty, Akash. "Effets des inhomogénéités nanométriques sur les propriétés magnétiques de systèmes magnétiques dilués." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00947328.
Full textAbstract:
Cette thèse est principalement consacrée à l'étude des inhomogénéités de taille nanométrique dans les systèmes magnétiques désordonnés ou dilués. La présence d'inhomogénéités, souvent mise en évidence dans de nombreux matériaux, donne lieu à des propriétés physiques intéressantes et inattendues. La possibilité de ferromagnétisme à l'ambiante dans certains matéraux a généré un grand enthousiasme en vue d'application dans la spintronique. Cependant, d'un point de vue fondamental la physique de ces systèmes reste peu explorée et mal comprise. Dans ce manuscrit, on se propose de fournir une étude théorique complète et détaillée des effets des inhomogenéités de tailles nanométriques sur les propriétés magnétiques dans les systèmes dilués. Tout d'abord, on montre que l'approche RPA locale autocohérente est l'outil le plus adapté et fiable pour un traitement approprié du désordre et de la percolation. Nous avons implémenté cet outil et étudié dans un premier temps, les propriétés magnétiques dynamiques d'un modèle Heisenberg dilué (couplages premiers voisins) sur un reseau cubique simple. Nous avons reproduit précisémment la disparition de l'ordre à longue portée au seuil de percolation et comparé ce travail à des études précédentes. Dans le cadre d'un Hamiltonien minimal (modèle $V$-$J$) nous avons ensuite étudié en détails les propriétés magnétiques de (Ga,Mn)As (température critique, excitations magnétiques, stiffness,..). Nous avons obtenu de très bon accords avec les calculs textit{ab initio} et les résulats expérimentaux. Finalement, nous avons étudié les effets des inhomogénéités dans les sytèmes dilués. Nous avons montré, qu'inclure des inhomogenéités pourrait s'averer être une voie très efficace et prometteuse pour dépasser l'ambiante dans de nombreux matériaux. Nous avons pu obtenir une augmentation colossale de la température critique dans certains cas comparée à celle des systèmes dilués homogènes. Nous avons atteint une augmentation de 1600% dans certains cas. Nous avons également analysé les effets des inhomogénéités sur les courbes d'aimantations, elles sont inhabituelles et peu conventionelles dans ces systèmes. Les spectres d'excitations magnétiques sont très complexes, avec des structures très riches, et présentent de nombreux modes discrets à haute energie. De plus, nos calculs ont montré que la ''spin-stiffness" est fortement supprimé par l'introduction d'inhomogénéités. Il reste encore de nombreuses voies à explorer, ce travail devrait servir de base à de futures études théoriques et expérimentales des systèmes inhomogènes.
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Le, thi Giang. "Synthèse par épitaxie et propriétés magnétiques des semiconducteurs ferromagnétiques dilués à base de GeMn." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4026.
Full textAbstract:
Le développement des dispositifs issus de l'électronique de spin nécessite de nouveaux matériaux qui permettent d'injecter de manière efficace le courant polarisé en spin dans des semiconducteurs. Parmi de nombreux matériaux utilisés comme injecteurs de spin, les semiconducteurs ferromagnétiques dilués (DMS), obtenus en dopant des semiconducteurs avec des impuretés magnétiques tels que Mn ou Co, sont considérés comme des candidats potentiels pour l'injection de spin. Ces matériaux dopés deviennent ferromagnétiques tout en conservant leurs propriétés semiconductrices. Par conséquent, ils présentent une similarité d'impédance électrique par rapport aux substrats semiconducteurs, ce qui rend efficace l'injection de courant polarisé en spin dans ces derniers. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse consiste à étudier la cinétique de croissance des semiconducteurs ferromagnétiques dilués GeMn. Nous cherchons à déterminer les paramètres clés de la croissance des couches de GeMn, à savoir la température du substrat, et la concentration en Mn. Pour la fabrication de dispositifs électroniques fonctionnels, le challenge crucial est d'obtenir des DMS ayant une température de Curie (TC) bien supérieure à la température ambiante. Nous nous sommes donc concentrés sur la cinétique de formation de la phase nanocolonnaire GeMn possédant une TC au-delà de 400 K<br>The development of active spintronic devices requires new materials, which enable to efficiently inject spin-polarized currents into non-magnetic semiconductors. Among numerous materials that can be used as spin injectors, diluted magnetic semiconductors (DMS), obtained by doping standard semiconductors with magnetic impurities, such as Mn or Co, have emerged as potential candidates for spin injection. The materials become ferromagnetic while conserving their semiconducting properties. They exhibit therefore natural impedance match to host semiconductors and are expected to efficiently inject spin-polarized currents into semiconductors. In this context, the main objectives of this thesis work consist in studying the growth kinetics of GeMn-based diluted magnetic semiconductors. We aim at determining the main growth parameters, such as the substrate temperature and the Mn concentration, that govern the growth process of GeMn layers. Since for device applications it is crucial to obtain DMS exhibiting a Curie temperature (TC) well above room temperature, we have focused our attention to the kinetic formation of the GeMn nanocolumn phase, which exhibits a Curie temperature higher than 400 K
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Le, Gall Claire. "Dynamique et contrôle optique d'un spin individuel dans une boîte quantique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00670963.
Full textAbstract:
Nous avons étudié les propriétés dynamique d'un spin individuel dans une boite quantique de semiconducteur II-VI (spin d'un atome de Mn ou electron résident). Une boîte quantique comportant un atome de manganese présente six raies qui permettent de sonder optiquement l'état de spin du Manganese. Des expériences pompe-sonde réalisées sur boîte unique ont permit de montrer que le spin du Mn peut être orienté optiquement en quelques dizaines de ns, que le temps de vie $T_1$ de ce spin est supérieur à la $mu$s, et que le pompage optique en champ nul est controlé par une anisotropie magnétique induite par les contraintes. Par ailleurs, dans le but d'identifier les mechanismes du pompage optique, nous avons mis en évidence des processus de relaxation de spin au sein du système exciton-manganese, durant la durée de vie de ce dernier. Enfin, nous avons mis en evidence un effet Stark optique sur chacune des raies d'une boîte quantique magnétique. Concernant la dynamique d'un électron dans une boîte quantique II-VI, nous avons mis en évidence le pompage du spin de l'électron résident ainsi que des noyaux.
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Maingault, Laurent. "Insertion d'ions magnétiques dans les boîtes quantiques de semiconducteurs II-VI." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00186925.
Full textAbstract:
L'insertion de nombreuses impuretés magnétiques dans des matériaux semiconducteurs massifs permet d'obtenir un comportement ferromagnétique. D'autre part, les boîtes quantiques confinent les porteurs dans les trois dimensions, permettant un contrôle individuel de chacun. Le travail présenté ici concerne l'insertion d'une unique impureté magnétique (Manganèse) dans une seule boîte quantique de semiconducteur II-VI. Cet objet permet l'étude directe, par des moyens expérimentaux relativement simples, de l'interaction entre l'impureté magnétique et un porteur confiné dans la boîte quantique. De manière uniquement optique, le spin de l'impureté peut être contrôlé et détecté. Cela en fait un candidat possible pour réaliser un codage quantique de l'information.<br />La réalisation de ces échantillons, en épitaxie par jets moléculaires, est d'abord détaillée. La ségrégation du Mn au cours de la croissance est utilisée pour réduire la densité d'atomes Mn tout en la contrôlant. Des expériences de micro-spectroscopie optique permettent de valider cette méthode. Ensuite, une étude fine de l'interaction impureté-porteur est réalisée. Les spectres expérimentaux sont analysés à l'aide d'un modèle simple des fonctions d'onde des porteurs dans la boîte. Des valeurs quantitatives de cette interaction sont données en tenant compte de la position de l'impureté dans la boîte ainsi que de sa réduction, induite par le confinement des porteurs. <br />Finalement, les possibilités pour contrôler cette interaction sont présentées: la modification de l'interaction par l'ajout de porteurs dans la boîte quantique, puis une augmentation possible de cette interaction grâce à un meilleur confinement des trous.
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Léger, Yoan. "Détection de spins individuels dans les boîtes quantiques magnétiques." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00202472.
Full textAbstract:
Nous avons étudié par micro-spectroscopie des boîtes quantiques de semiconducteurs II-VI contenant une impureté magnétique individuelle (atome de Mn). L'émission optique de ces systèmes est régie par les interactions entre les porteurs confinés et le spin Mn. Des expériences de magnéto-optique ont permis de déterminer les différents paramètres contrôlant ces interactions. L'analyse du spectre d'émission de certaines de ces boîtes quantiques magnétiques permet de détecter directement l'état de spin de l'impureté magnétique. Les conditions de cette détection sont fortement influencées par une anisotropie de forme de la boîte quantique étudiée ou la présence d'un champ de contraintes inhomogène dans l'échantillon. Les effets de ces phénomènes sur les propriétés optiques des boîtes ont été analysés en détail. Nous nous sommes également consacrés à l'étude des différents états de charges des boîtes quantiques magnétiques. Celle-ci révèle la possibilité de contrôler électriquement ou optiquement l'anisotropie magnétique de systèmes magnétiques nanoscopiques. Enfin, nous avons abordé l'étude de la dynamique de spin dans ces systèmes. Les fluctuations temporelles d'un spin individuel ont été mises en évidence en analysant la statistique des photons émis par une boîte quantique.
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Chanier, Thomas. "Propriétés magnétiques et structure électronique des semi-conducteurs magnétiques dilués de type II-VI." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00363983.
Full textAbstract:
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 ZnBVI (BVI= O, S, Se, Te) dopés Co et Mn.<br /><br />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 N\alpha (N\beta) 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 (N\beta fortement AFM) due à l'hybridation forte entre les états 3d de l'impureté magnétique et la bande de valence. <br /><br />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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Virot, François. "Etude théorique de matériaux pour la spintronique." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4816/document.
Full textAbstract:
Ce mémoire présente les travaux réalisés durant ces trois années de thèse. Ils se sont orientés autour de l'étude des propriétés électroniques et magnétiques des matériaux pour la spintronique. Ce domaine d'avenir doit encore trouver les matériaux adaptés qui permettraient de réaliser les concepts liés à la spintronique. Nos résultats sont les suivants. Nous avons proposé un nouveau modèle qui décrit l'arrangement magnétique dans les couches minces ferromagnétiques possédant une anisotropie uniaxiale. Le modèle apporte une meilleure description des largeurs de domaine en fonction de l'épaisseur ainsi qu'une bonne estimation de l'épaisseur critique à partir de laquelle les domaines de Weiss ne sont plus stables. L'ensemble d'équations en unité réduite découlant du modèle apporte quant à lui un outil supplémentaire aux expérimentateurs. L'étude ab-Initio fait sur les semi-Conducteurs magnétiques dilués à mis en évidence l'importance de la corrélation forte et de l'effet Jahn-Teller dans les matériaux tel que le (Ga,Mn)N et le (Zn,Cr)S. Ces calculs confirment l'ensemble des données expérimentales existantes sur le (Ga,Mn)N. La modélisation analytique apporte un complément aux calculs ab-Initio en faisant le lien entre les paramètres expérimentaux et la théorie de Vallin, très largement utilisée pour interpréter les mesures optiques du (Zn,Cr)S. Nos calculs ab-Initio ont montré que le métacinabre est un isolant topologique robuste, qui se distingue par la présence d'un cône de Dirac extrêmement anisotrope. Les effets de passivation à l'hydrogène influencent les états de surface des isolants topologiques de la série HgX (X : S, Se, Te)<br>This thesis contains the scientific work of three years. The main topic can be defined as follows : study of electronic and magnetic properties of materials for spintronics. That technology of the future has still to find the necessary materials to realize new concepts. Our results are the following : We propose a new model to describe the magnetic configuration in thin ferromagnetic film with uniaxial anisotropy. It gives a better description of domain widths in function of film thickness and permits to obtain a good evaluation of the critical thickness where domains of Weiss type are no longer stable. The set of equations in reduced units is a useful tool to analyze experimental data. The ab-Initio study of diluted magnetic semiconductors has demonstrated the combined effect of strong correlations and Jahn-Teller distortion in (Ga,Mn)N and (Zn,Cr)S. The calculations confirm the experimental results of (Ga,Mn)N. We develop an analytical model that is complementary to the ab-Initio calculations and permits to create a link between several experimental parameters, the ab-Initio calculations and the former theory of Vallin. It has been used to interpret the optical measurements of (Zn,Cr)S. Our ab-Initio studies show that metacinnabar is a strong topological insulator with one peculiarity, it has a highly anisotropic Dirac cone. The passivation with hydrogen atoms influences the surface states of the topological insulator in the series HgX (X : S, Se, Te). When the dangling bonds are saturated by hydrogen, the trivial surface states disappear
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Diallo, Mamadou Lamine. "Apport de la sonde atomique tomographique dans l'étude structurale et magnétique du semi-conducteur magnétique 6H-SiC implanté avec du fer : vers un semi-conducteur magnétique à température ambiante." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR051/document.
Full textAbstract:
Dans la réalisation de nouveaux composants innovants de la spintronique, de grands espoirs sont placés sur les semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS). L’enjeu technologique est de développer des matériaux ayant à la fois des propriétés semi-conductrices et ferromagnétiques. Le but de ce travail est de réaliser une étude nanostructurale et magnétique détaillée du système Fe :SiC candidat prometteur pour devenir un semi-conducteur magnétique dilué à température ambiante. Cependant les propriétés magnétiques du matériau (6H-SiC) implanté avec des métaux de transitions (MT) dépendent fortement de sa microstructure (concentration et nature du dopant, précipitation du dopant…). Afin d’appréhender l’ensemble des propriétés nanostructurales et magnétiques, nous avons étudié le système Fe :SiC à l’échelle de l’atome en utilisant la sonde atomique tomographique (SAT) couplée à la spectrométrie Mössbauer 57Fe. Des monocristaux 6H-SiC (0001) de type p et n (~10+18/cm3) ont été multi-implantés en 56Fe et 57Fe à différentes énergies et différentes fluences conduisant à une concentration atomique de (6% et 4%) de 20 à 120 nm de la surface. Dans le cadre de ce travail, nous avons pu suivre l’effet de la nanostructure du système Fe :SiC en fonction de la concentration de fer et des températures d’implantation et de recuit. Nous avons établi de nouveaux résultats : nature et dimension des nanoparticules, évaluation précise du nombre d’atomes de fer dilué dans la matrice SiC. Les différentes contributions ferromagnétiques et paramagnétiques sont identifiées et clairement expliquées grâce au couplage de techniques expérimentales comme la SAT, la spectrométrie Mössbauer, la magnétométrie SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Nous avons réussi à déterminer des conditions optimales pour l’obtention d’un DMS à température ambiante. En effet dans les échantillons implantés 4% Fe à 380°C, plus de 90% des atomes de Fe sont dilués. Ces atomes de Fe dilués contribuent majoritairement aux propriétés ferromagnétiques mesurées par SQUID et par spectrométrie Mössbauer à 300 K. Ces différents résultats expérimentaux mettent en lumière la possibilité de réalisation d’un nouveau (DMS) à température ambiante<br>Great hopes are placed on diluted magnetic semiconductors (DMS) for new components of spintronics. The challenge is to develop materials with both semiconducting and ferromagnetic properties. The aim of this work is to carry out a detailed nanostructural and magnetic study of the Fe: SiC candidate promising system to become a magnetic semiconductor diluted at room temperature. However, the magnetic properties observed in (6H-SiC) implanted with transition metals (TM) depend strongly on the material microstructure (content and nature of the dopant, precipitation of the dopant, etc.). In order to understand all the nanostructural and magnetic mechanisms, we studied the Fe: SiC system at the atomic scale using atom probe tomography (APT) and Mössbauer spectrometry. p and n single crystalline 6H-SiC near (0001)-oriented samples were submitted to multi-step implantations with 56Fe and 57Fe ions at different energies and fluences leading to an iron concentration (Cat =6 and 4%) at a depth between 20 nm and 120 nm from the sample surface. In this work, we were able to follow the effect of the nanostructure of the Fe: SiC system as a function of the iron concentration and the temperatures of implantations and annealing. We have established new results: nature and size of the nanoparticles, precise evaluation of the number of iron atoms diluted in the SiC matrix. The ferromagnetic and paramagnetic contributions are identified and clearly explained by the coupling of experimental techniques such as APT, Mössbauer spectrometry, SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetometry. We were able to put the material in optimal conditions for obtaining a DMS at room temperature. Indeed, the implanted samples (4% Fe) at 380°C more than 90% Fe atoms were distributed homogeneously. These Fe atoms are the main source of the ferromagnetic properties measured by SQUID and Mössbauer spectrometry at 300 K. These experimental results highlight the possibility of obtaining a new (DMS) at room temperature
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Ambrosio, Sophie d'. "Les intéractions d'échange dans le semi-conducteur magnétique dilué ZnO.Co." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4304/document.
Full textAbstract:
Le travail sur le ZnO:Co rapporté dans ce manuscrit, donne une meilleure compréhension des interactions d'échange dans ce composé. La question des interactions spin-spin dans les DMS est abordée à la fois sur le plan théorique et expérimental. Du point de vue théorique, le modèle du superéchange d'Anderson a été utilisé et étendu, afin d'obtenir les valeurs des constantes d'échange sur l'ensemble de la série des DMS II-VI dopés Mn ou Co. Du point de vue expérimental, la combinaison inédite de trois méthodes expérimentales, la diffusion inélastique de neutrons (ou INS), la résonance paramagnétique électronique (ou EPR), et la méthode de mesure des marches d'aimantation sous champ magnétique intense (ou méthode MST), a permis d'établir, pour la première fois, la valeur des dix plus grandes constantes d'échange du ZnO:Co.Les observations faites par INS permettent de mettre en évidence de façon directe une très forte anisotropie spatiale concernant l'intégrale d'échange des premiers voisins. On établit ainsi J(1)=-25,6K et J(2)=-8,5K, correspondant respectivement à la paire des premiers voisins dans le plan (ab), et à la paire des premeirs voisins hors de ce plan. Ce résultat s'explique, en partie, par la présence dans la structure wurtzite d'une contribution ferromagnétique dans le calcul du superéchange, issue d'un chemin formant une boucle et faisant intervenir deux anions distincts.Les mesures effectuées par EPR et par MST permettent d'établir les constantes d'échange entre voisins à plus grande distance. Ainsi, on obtient: J(3)=-1,07K , J(4)=-0,38K , J(5)=0,35K , J(6)=0,17K , J(7)=-0,16K , J(8)=-0,04K , J(9)=-0,03K , |J(10)|=0,013K<br>The work performed on ZnO:Co enables a better understanding of exchange constants. The question of the spin-spin interactions in the Diluted Magnetic Semiconducteur (DMS) is studied from both theoretical and experimental approaches. On the théoretical side, a exchange constants for all the II-VI series doped Mn et CO. On the experimental side, the use of three techniques, Inelastic Neutron Scattering (INS), Electron Paramagnetic Resonance (EPR), and the Magnetization Steps (MST) method, has made it possible to establish, for the first time, the ten largest exchange constants in ZnO:Co.The INS experiments show, in direct way, astrong spatial anisotropy of the nearest enighbor exchange integral J(1)=-25.6 K and J(2)=-8.5 K. This result can be explained, in part, by the presence, in the wurtzite structure, of a looped exchange path which involves two distinct anions and is ferromagnetic. To justify this explanation, our model was expanded to cover the entire II-VI series doped Mn and Co. The concurrent results, for the complete series, between the known experimental data and the theoretical exchange values permit the justification and the validation of our hypotheses.The measures performed by EPR and MST enable, for their part, the establisment of the distant neighbor exchange constants. the two techniques give complementary information, and make it possible to directly observe the exchange constants of ZnO:Co going from the third to the tenth largest value, J(3)=-1.07 K ,J(4)=-0.38 K , J(5)=+0.35 K , J(6)=+0.17 K , J(7)=-0.13 K , J(8)=-0.04 K , J(9)=-0.03 K , |J(10)|=0.01 K
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Titov, Andrey. "Electronic properties of the diluted magnetic semiconductors : Ga1-xMnxN, Ga1-xMnxAs, Ge1-xMnx." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://www.theses.fr/2006GRE10285.
Full textAbstract:
Les propriétés électroniques de (Ga,Mn)N ont été étudiées par spectroscopie d'absorption des rayons X au seuil K du Mn. Des calculs ab-initio ont été utilisés pour interpréter les spectres d'absorption de (Ga,Mn)N. Deux pré-pics sont présents dans le seuil du Mn: le premier pré-pic est attribué aux transitions électronique vers les états 3d du Mn de spin up, tandis que le second pré-pic correspond aux transitions vers les états 3d du Mn de spin down. Cette interprétation nous permet de déterminer que l'état électronique du Mn dans (Ga,Mn)N est Mn3+: deux pré-pics sont présents dans les spectres d'absorption du Mn3+ et un seul pré-pic reste dans les spectres du Mn2+. Ce changement des spectres a été vérifié expérimentalement sur des échantillons de (Zn,Mn2+)Te et (Ga,Mn2+)As. De plus, cette interprétation permet d'étudier la distribution du Mn dans (Ga,Mn)N: la forme des spectres d'absorption suggère que la distribution du Mn est homogène dans nos échantillons de (Ga,Mn)N<br>Electronic properties of the diluted magnetic semiconductor (Ga,Mn)N were studied by x-ray absorption spectroscopy at the K-edge of Mn. The measured x-ray absorption spectra were further interpreted using the ab-initio calculations. Two pre-edge absorption lines are observed in the x-ray absorption spectra: the first line was attributed to electronic transitions into 3d states of Mn of spin up, while the second line corresponds to transitions into 3d states of Mn of spin down. This interpretation allows us to determine the valence state of Mn: two absorption lines are present in the pre-edge structure of Mn3+ and only one line remains in case of Mn2+. Such a change of the pre-edge structure was checked experimentally on (Zn,Mn2+)Te and on (Ga,Mn2+)As. In addition, the distribution of Mn in (Ga,Mn)N can be studied using the interpretation: the shape of the spectra points to a homogeneous distribution of Mn in our (Ga,Mn)N samples
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Diallo, Lindor. "Etude à l'échelle atomique de l'implantation du fer dans le carbure de silicium (SiC) : Elaboration d'un semiconducteur magnétique dilué à température ambiante." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR053.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur l’étude du carbure de silicium, dopé avec du fer dans le but de réaliser un semi-conducteur magnétique dilué à température ambiante pour des applications à la spintronique. Le dopage en fer a été réalisé par implantation ionique de type multi-énergie (30 - 160 keV) à différentes fluences, conduisant à une concentration atomique constante de 2 % de 20 à 100 nm. Il a été suivi d’un recuit à haute température dans le but d’homogénéiser la concentration en dopants. Les implantations se sont déroulées à une température de 550 °C. L’optimisation des propriétés magnétiques et électroniques du SiC–Fe, de même que la compréhension des mécanismes physiques à l’origine du magnétisme induit, ont nécessité une caractérisation poussée de la microstructure des matériaux implantés. Les objectifs de ce travail ont été d’une part, de réaliser une étude à l’échelle atomique de la nanostructure en fonction des conditions d’implantations (température, fluence) et des traitements thermiques post-implantation, et d’autre part, de déterminer les propriétés magnétiques des matériaux implantés. Dans ce travail, nous avons montré par Sonde Atomique Tomographique, la présence de nanoparticules dont la taille moyenne augmente avec la température de recuit. La cartographie chimique des nanoparticules a permis de révéler l’existence de phases riches en Fe pour les échantillons recuits. L’étude magnétique (spectrométrie Mössbauer et Squid) a montré que la contribution ferromagnétique est due principalement aux nanoparticules magnétiques et/ ou aux atomes de fer magnétiques dilués dans la matrice. La corrélation entre les propriétés structurale et magnétique a permis de montrer que les atomes de fer dilués dans la matrice et substitués sur sites de silicium contribuent au signal ferromagnétique en dessous de 300 K. Nous avons donc montré dans ce travail, que la taille et la nature des phases présentes dans les nanoparticules dépendent des conditions d’implantation et des températures de recuit et qu’il est nécessaire de recuire les échantillons à haute température pour faire apparaître un ordre ferromagnétique<br>This PhD thesis focuses on the study of SiC, doped with Fe in order to elaborate a diluted magnetic semiconductor at room temperature for spintronic applications. The iron doping was carried out by ion implantation of multi-energy type (30-160 keV) at different fluences, leading to a 2% constant atomic concentration between 20 to 100 nm, followed by a high temperature annealing in the goal of homogenizing the dopant concentration. The implantation temperature during this process is 550 °C, in order to avoid amorphization. The optimization of the magnetic and electronic properties of SiC-Fe, as well as the understanding of the physical mechanisms at the origin of induced magnetism, require a thorough characterization of the microstructure of the implanted materials. The objectives of this work are, on the one hand, to carry out an atomic scale study of the nanostructure according to the implantation conditions (temperature, fluence) and the post-implantation annealing and the other hand, to characterize the magnetic properties of implanted materials. In this work, we have shown by atom probe tomographic, the existence of nanoparticles whose the average size increases with the annealing temperature. The chemical mapping of the nanoparticles shows the presence of the Fe-rich phases for the annealed samples. Magnetic study (Mössbauer spectrometry and Squid) shows the ferromagnetic contribution is due to the magnetic nanoparticles and/or the diluted Fe atoms in the matrix. The correlation between structural and magnetic properties allowed showing that diluted Fe atoms and substitute to Si sites contribute to the ferromagnetic contribution below 300 K. In coupling many characterization techniques in order to give a detailed description of the different studied samples, we have shown that the size and nature of the phase present in the nanoparticles depend on the implantation conditions and the annealing temperatures and consequently it is necessary to anneal our samples at high temperature to reveal ferromagnetic order
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Dupeyrat, Cyril. "Etude de l'implantation d'atomes de fer dans le carbure de silicium 6H- en vue de l'élaboration d'un nouveau semi-conducteur magnétique dilué." Poitiers, 2009. http://www.theses.fr/2009POIT2321.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail était de réaliser une étude microstructurale détaillée du système Fe :SiC candidat pour devenir un semi-conducteur magnétique dilué. Des monocristaux de 6H-SiC (0001)Si de type n(2. 5x10+18/cm3) et de type p (5. 7x10+18/cm3) ont été multi-implantés en 56Fe et 57Fe à différentes énergies et différentes fluences conduisant à une concentration atomique constante (de 0, 5% à 7%) de 20 à 100 nm de la surface. Les implantations se sont déroulées depuis la température ambiante jusqu'à 550°C. L'influence de la dose et de la température d'implantation de fer sur l'état microstructural de la matrice 6H-SiC a été étudiée. Les effets de différents traitements post-implantation (recuit thermique classique/rapide, recuit par laser à excimères en phase solide, irradiations aux ions lourds) ont été étudiés et comparés. Dans le cadre de ce travail, nous avons établi de nouveaux résultats : une substitution importante dans les échantillons tel-qu'implantés ; nature et dimensions des amas dans les échantillons traités ; évaluation du nombre d'atomes de fer ferromagnétiques. Dans l'état tel-qu'implanté nous avons réussi à nous mettre dans les conditions favorables pour l'introduction d'un ordre ferromagnétique dans le SiC (atomes de fer en substitution des atomes de silicium) mais les échantillons n'ont pas montré de propriétés magnétiques, le faible dopage initial des substrats utilisés dans cette étude pouvant expliquer ce constat. Nous avons montré qu'il était nécessaire de coupler de nombreuses techniques de caractérisation microstructurales et magnétiques afin de donner une description détaillée des différents échantillons étudiés et expliquer les résultats observés<br>In this work, we report results on Fe-implanted 6H-SiC which is a good candidate for Diluted Magnetic Semiconductor (DMS). Commercial (CREE) single crystalline 6H-SiC near (0001)-oriented samples were submitted to multi-step implantations with 56Fe+ and 57Fe+ ions at different energies and fluences leading to an iron concentration reaching a plateau of a few at. % (from 0. 5% up to 7%) at a depth between 20 nm and 100 nm from the sample surface. The samples temperature was kept from RT up to 550°C during implantation. First results obtained in samples implanted with CFe 6% at 380°C and then furnace-annealed (from 900°C upto 1300°C) show interesting magnetic behaviour : Hysteresis cycle at 10 K and saturation magnetization MS up to 1. 8μB/Fe at RT. Nevertheless, microstructural results from SR-XRD, TEM (HR and STEM-HAADF) and GISAXS reveal the presence of small (a few nm) iron-rich clusters (Fe3Si) into a light matrix SiC damaged but still crystallized rather than purely diluted iron atoms in the SiC matrix. These small clusters could contribute to the observed magnetic properties, in accordance with the conclusions of a recent work on the same kind of samples. From these first results, in order to limit the formation of parasitic magnetic secondary phases, we decided to limit the iron concentration around 2% and to explore other ways of treatments for implantation-induced damage recovery and iron incorporation and activation in the SiC matrix : the effects of furnace annealing on microstructure and magnetic properties of Fe-implanted 6H-SiC are compared to those of Rapid Thermal Annealing (RTA), laser processing in the solid phase and swift heavy ion irradiation
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Cao, Chonglong. "Modélisation de la dynamique de spin d'un atome magnétique individuel dans une boîte quantique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00680070.
Full textAbstract:
Nous avons étudié la dynamique de spin d'un atome de Mn inséré dans une boite quantique CdTe. Nos résultats montrent que la relaxation de spin du Mn est plus rapide lorsque la boite quantique contient un exciton. Ceci peut permettre une orientation optique du spin du Mn. Le mélange de bande de valence est le paramètre essentiel permettant la relaxation rapide du spin du Mn dans le champ d'échange de l'exciton. Ce mélange de bande de valence est controlé par la forme et les contraintes dans la boite quantique. L'influence de ces paramètres sur la dynamique du pompage optique a été analysée en détail. Nos simulations du pompage optique sont en bon accord avec les expériences. La dynamique cohérente d'un Mn individuel a aussi été étudiée. L'influence sur le pompage optique de la dynamique cohérente du spin électronique et nucléaire est discutée. Nous avons montré que le couplage entre spin électronique et nucléaire peut être contrôlé optiquement permettant une manipulation du spin du Mn. Nous avons finalement montré que la combinaison d'une excitation résonante optique et micro-onde peut être utilisée pour détecter optiquement la résonance magnétique d'un Mn dans une boite quantique CdTe.
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Bouzerar, Richard. "Théorie pour les systèmes désordonnés de spins localisés en interaction avec des porteurs itinérants : les semiconducteurs magnétiques dilués." Phd thesis, Université de Picardie Jules Verne, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00367282.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est surtout consacré à l'étude du ferromagnétisme dans les systèmes désordonnés, en particulier les semiconducteurs magnétiques dilués (DMS). Le formalisme utilisé, basé sur les fonctions de Green à température finie, est très général pour l'étude du magnétisme et du transport dans ces systèmes. Dans un premier temps, il est montré que l'approche champ moyen - RKKY (MF-RKKY) souvent utilisée n'est pas appropriée pour décrire les propriétés magnétiques des systèmes dilués. Un meilleur traitement du Hamiltonien de Heisenberg RKKY dans le cadre de la théorie RPA locale auto cohérente (SC-LRPA) a permis de montrer en particulier que l'approche MF-RKKY surestime largement les températures critiques ainsi que l'étendue de la zone de stabilité du ferromagnétisme. Dans un second temps on étudie le modèle non perturbatif « V-Jpd » par diagonalisation exacte pour chaque configuration de désordre et on calcule explicitement les échanges magnétiques. En dehors de la limite perturbative, ces échanges n'ont pas le caractère RKKY. Ensuite, le Hamiltonien de Heisenberg effectif est traité dans le cadre de la théorie SC-LRPA. Cette approche en 2 étapes montre en particulier (i) l'importance du désordre et des fluctuations thermiques et transverses et (ii) que le potentiel coulombien V joue un rôle crucial pour comprendre l'origine du ferromagnétisme dans les DMS. Ce modèle minimal tient compte de la percolation et des diffusions multiples des porteurs itinérants sur les impuretés et permet d'unifier la description des DMS. Enfin, une étude numérique des effets de taille finie et de l'importance de l'échantillonnage statistique a permis de montrer les insuffisances sévères du traitement Monté Carlo « complet » du modèle dilué « V-Jpd ». Ce modèle microscopique permet de combler le fossé entre les approches modèles trop simplistes et celles basées sur les calculs ab initio.
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Marcet, Stéphane. "Etude magnéto-optique de (Ga,Mn)N et (Zn,Cr)Te." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00081752.
Full textAbstract:
Ce travail traite de nouveaux semiconducteurs magnétiques dilués (DMS) pouvant avoir une<br />température de Curie supérieure à l'ambiante : (Ga,Mn)N et (Zn,Cr)Te. Des études antérieures<br />ont montré dans ces deux matériaux la même valence d4 pour les ions de transitions et des<br />propriétés ferromagnétiques (parfois paramagnétiques pour (Ga,Mn)N).<br />Une étude magnéto-spectroscopique sur la transition interne d-d du Mn à 1,4 eV dans des<br />couches de (Ga,Mn)N très diluées, moins de 0,1%, a permis de développer un modèle de champ<br />cristallin pour Mn3+ (3d4) en introduisant un eet Jahn-Teller dynamique. Cette hypothèse du<br />Mn dans la conguration d4 est également valable pour les concentrations de quelques %. De<br />plus, un dichroïsme circulaire magnétique au gap, en accord avec les mesures d'aimantation est<br />observé : nous obtenons un DMS classique avec un couplage spin-porteurs, et un comportement<br />paramagnétique. L'anisotropie mesurée est cependant plus faible que celle calculée à partir des<br />paramètres spectroscopiques.<br />Les mesures d'aimantation, de dichroïsme circulaire magnétique et d'eet Hall sur (Zn,Cr)Te<br />ont montré des propriétés ferromagnétiques associées à un désordre important. Contrairement<br />aux DMS classiques, le dichroïsme observé n'est pas dû à des transitions au gap mais à une<br />bande profonde. L'état ferromagnétique n'est pas induit par des porteurs mais il est modulable :<br />une conduction de type p obtenue après dopage par de l'azote supprime le ferromagnétisme, sans<br />doute suite à un changement de la valence du Cr.
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Pacuski, Wojciech. "Spectroscopie optique de semi-conducteurs magnétiques dilués à large bande interdite, à base de ZnO et GaN." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00296634.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la spectroscopie magnéto-optique de semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS) : ZnO et GaN dopés manganese, fer et cobalt. Les deux semi-conducteurs hôtes, ZnO et GaN ont une grande bande interdite, une structure wurtzite, une faible interaction spin - orbite et une forte interaction d'échange excitonique entre trous et électrons. En présence de champs magnétiques, les ions magnétiques induisent un effet Zeeman géant dont l'interprétation est complexe : les excitons s'anti-croisent et leurs énergies de transition et leurs forces d'oscillateur sont fortement influencées par l'effet Zeeman géant.<br />On a mesuré expérimentalement le splitting Zeeman géant des excitons A et B avec des couches epitaxiées sur saphir (0001) et une propagation de la lumiere parallele a l'axe c du cristal et au champ magnétique (configuration Faraday). Le splitting Zeeman géant diminue avec la température et augmente non linéairement avec le champ magnétique en accord avec l'aimantation calculée des spins isolés. Une analyse quantitative nous a permis d'analyser les propriétés magnétiques et de mesurer les intégrales d'échange pour l'ensemble des matériaux étudiés. Pour des ions avec une configuration d5 (Mn2+ et Fe3+), l'aimantation suit une fonction de Brillouin, mais pour les configurations d7 et d4 (Co2+ ou Mn3+) l'interaction spin-orbite et le champ cristallin trigonal induisent une aimantation anisotrope, en accord avec l'analyse des transitions internes des ions mesurées en spectroscopie infrarouge. Pour (Ga,Mn)N, et (Ga,Fe)N, nous avons trouvé un signe positive pour l'intégrale d'échange entre trous et spins localisés (beta). En supposant une symétrie de la bande de valence dans ZnO correspondant a une interaction spin-orbite positive (Gamma_9, Gamma_7, Gamma_7), nous trouvons un signe négative de beta pour (Zn,Co)O, et beta est de pres de zéro pour (Zn,Mn)O. Toutefois, dans l'hypothese avec spin-orbite négative, nous trouvons un signe positif de beta. Les signes et les valeurs des intégrales d'échange déterminées a partir de nos mesures magnéto-optiques ne peuvent pas etre expliqués par des tendances matérielles et des modeles basés sur l'approximation de cristal virtuel. Ceci suggere que l'échange p-d en DMS a large bande interdite, soit dans le régime de couplage fort, et la nature de splitting Zeeman géant observé est différente qu'en semi-conducteurs magnétiques dilués classiques.
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Clavel, Guylhaine. "Magnetic impurities in nanostructured materials." Doctoral thesis, Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20121.
Full textAbstract:
Doutoramento em Química<br>Os resultados apresentados aqui foram alcançados no âmbito do programa de doutoramento intitulado “Impurezas Magnéticas em Materiais Nanoestruturados”.
O objectivo do estudo foi a síntese e caracterização de óxido contendo impurezas magnéticas. Durante este trabalho, sínteses de sol-gel não-aquoso têm sido desenvolvidos para a síntese de óxidos dopados com metais de transição (ZnO e ZrO2). A dopagem uniforme é particularmente importante no estudo de semicondutores magnéticos diluídos (DMSs) e o
ponto principal deste estudo foi verificar o estado de oxidação e a estrutura local do dopante e para excluir a existência de uma fase secundária como a
origem do ferromagnetismo. Para alargar o âmbito da investigação e explorar plenamente o conceito de "impurezas magnéticas em materiais
nanoestruturados" estudamos as propriedades de nanopartículas magnéticas dispersas em uma matriz de óxido. As nanopartículas (ferrita de cobalto) foram depositadas como um filme e cobertas com um óxido metálico semicondutor
ou dielétrico (ZnO, TiO2). Estes hetero-sistemas podem ser considerados como a dispersão de impurezas magnéticas em um óxido. As caracterizações exigidas por estes nanomateriais têm sido conduzidas na Universidade de Aveiro e Universidade de Montpellier, devido ao equipamento complementar.<br>Les résultats présentés ici ont été réalisés dans le cadre du programme doctorat intitulé "impuretés magnétiques dans les matériaux nanostructurés". Cette étude avait comme objectif la synthèse et la caractérisation d'oxydes contenant des impuretés magnétiques. Durant ces travaux, nous avons développé des voies de synthèses par sol-gel non-aqueux pour la synthèse d'oxydes dopés par des métaux de transition (ZnO et ZrO2). Un dopage homogène est particulièrement important dans l'étude des semi-conducteurs magnétiques dilués (DMSs), et le point principal de cette étude était de vérifier l'état d'oxydation et l'environnement local du dopant, ainsi que d'exclure l'existence d'une phase secondaire, comme l'origine du ferromagnétisme. Pour élargir le champ de recherche et étudier pleinement la notion d' "impuretés magnétiques dans les matériaux nanostructurés" Nous avons étudié les propriétés magnétiques de nanoparticules dispersées dans une matrice d'oxyde. Les nanoparticules (ferrite de cobalt) ont été déposées sous forme de film et recouvertes d'un oxyde métallique semi-conducteur ou diélectrique (ZnO, TiO2). Ces hétéro-systèmes peut être considérés comme une dispersion d'impureté magnétique dans un oxyde. Les caractérisations requises par ces nanomatériaux ont été réalisées à l'Université d'Aveiro et l'Université de Montpellier en raison des équipements complémentaires disponibles<br>The results presented here have been achieved under the PhD program entitled “Magnetic Impurities in nanostructured materials”. This study had as purpose the synthesis and characterization of oxidic semiconductor containing magnetic impurities. During this work we have developed non-aqueous sol-gel routes, leading to well controlled oxide nanomaterials, to the synthesis of transition-metal doped oxides (ZnO and ZrO2). Homogeneous doping is particularly important in the comprehensive study of diluted magnetic semiconductors (DMSs), and the main point of this study was to ascertain the oxidation state and local structure of the dopant, as well as to exclude the existence of secondary phase as the origin of ferromagnetism. To enlarge the field of research and fully explore the concept of “Magnetic Impurities in Nanostructured Materials” we have studied the magnetic properties of nanoparticles embedded in an oxide matrix. The nanoparticles (cobalt ferrite) were deposited as a film and coated by a semiconducting or dielectric metal oxide (ZnO, TiO2). These hetero-systems can be regarded as dispersion of magnetic impurities in oxides. The characterization needed by these nanomaterials was performed at the University of Aveiro and University of Montpellier because of complementary available equipments
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Ben, Cheikh Harrek Zouhour. "Étude des ondes de spin dans des puits quantiques CdMnTe." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20071/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude des ondes de spin dans des puits quantiques CdMnTe dopés n, par rotation Kerr résolue en temps (TRKR) et par mélange à quatre ondes (FWM). Nous avons étudié trois échantillons de haute mobilité et de caractéristiques différentes.La technique TRKR donne accès uniquement aux excitations de vecteur d'onde nul, dans notre cas l'onde spin-flip en q=0. Nous avons étudié l'anticroisement qui apparait entre l'onde spin-flip et l'excitation spin-flip des ions manganèse. Nous avons étudié la variation du gap, et donc de l'énergie de couplage, entre ces modes en fonction de la puissance d'excitation et du champ magnétique. En particulier nous avons étendu les mesures des modes mixtes à plus basse concentration en Mn (jusqu'à 0.07%) et contrairement à ce qui était attendu, nous avons trouvé que le régime de couplage fort persiste à cette concentration.Nous nous sommes ensuite intéressés à la détermination de la polarisation en spin ζ du gaz d'électrons bidimensionnel, qui peut être déduite de l'énergie de couplage entre les modes mixtes. Nous avons trouvé que la polarisation mesurée par cette méthode excède la polarisation théorique calculée en prenant en compte le renforcement de la susceptibilité par les effets à N corps. Nous avons également mesuré les temps de relaxation des électrons confinés dans le puits quantique, et nous avons montré l'influence de l'échauffement de l'échantillon par le laser sur le temps de relaxation de spin des électrons.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié par FWM l'amortissement et la dispersion des ondes de spin de vecteur d'onde non nul pour l'un de nos échantillons. Nous avons démontré qu'on peut effectivement générer les ondes de spin en excitation femtoseconde, et les détecter en FWM. Nous avons trouvé que leur dispersion est plus faible que celle observée dans les expériences de Raman. Cette faible dispersion pourrait être imputable à la forte densité d'excitation utilisée dans les expériences de FWM (typiquement trois à quatre ordres de grandeur supérieurs à celle du Raman), et/ou au fait que deux ondes de vecteur d'ondes q et –q, ayant des dispersions différentes, sont sondées simultanément en FWM<br>This thesis focuses on the study of spin waves in n-doped CdMnTe quantum wells using respectively time-resolved Kerr rotation (TRKR) and four-wave mixing (FWM) techniques. We studied three high mobility samples with different characteristics.The TRKR technique gives access only to zero wave vector excitations, in our case the spin- flip wave q = 0 . We studied the anticrossing that appears between the spin -flip wave and the manganese spin -flip excitation. We studied the gap variation energy between these modes as function on the power excitation and the magnetic field. In particular, we have extended the measurements of mixed modes at lower Mn concentration (up 0.07 %) and contrary to what were expected; we found that the strong coupling regime persists at this concentration.We are then interested in determining the two dimensional electron gas spin polarization ζ, which can be deduced from the energy coupling between the mixed modes. We found that the measured polarization exceeds the theoretical polarization calculated taking into account the increased susceptibility by many-body effects. We also measured the electron spin relaxation time and we have shown that it is influenced by thermal effects inherent to optical pump-probe experiments on this time.In the second part of this thesis, we studied by FWM the damping and the dispersion of the non-zero wave vector spin waves for one of our samples. We have demonstrated that we can actually generate spin waves in femtosecond excitation and deted them by FWM. We found that the dispersion is lower than that observed in the Raman experiments. This low dispersion may be due to the strong excitation density used in the FWM experiments (typically three to four orders of magnitude higher than the Raman ones) and / or the fact that two waves of wave vector q and - q, having different dispersions are simultaneously probed in FWM
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Ben, Cheikh Zouhour. "Étude des ondes de spin dans des puits quantiques CdMnTe." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01001986.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude des ondes de spin dans des puits quantiques CdMnTe dopés n, par rotation Kerr résolue en temps (TRKR) et par mélange à quatre ondes (FWM). Nous avons étudié trois échantillons de haute mobilité et de caractéristiques différentes.La technique TRKR donne accès uniquement aux excitations de vecteur d'onde nul, dans notre cas l'onde spin-flip en q=0. Nous avons étudié l'anticroisement qui apparait entre l'onde spin-flip et l'excitation spin-flip des ions manganèse. Nous avons étudié la variation du gap, et donc de l'énergie de couplage, entre ces modes en fonction de la puissance d'excitation et du champ magnétique. En particulier nous avons étendu les mesures des modes mixtes à plus basse concentration en Mn (jusqu'à 0.07%) et contrairement à ce qui était attendu, nous avons trouvé que le régime de couplage fort persiste à cette concentration.Nous nous sommes ensuite intéressés à la détermination de la polarisation en spin ζ du gaz d'électrons bidimensionnel, qui peut être déduite de l'énergie de couplage entre les modes mixtes. Nous avons trouvé que la polarisation mesurée par cette méthode excède la polarisation théorique calculée en prenant en compte le renforcement de la susceptibilité par les effets à N corps. Nous avons également mesuré les temps de relaxation des électrons confinés dans le puits quantique, et nous avons montré l'influence de l'échauffement de l'échantillon par le laser sur le temps de relaxation de spin des électrons.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié par FWM l'amortissement et la dispersion des ondes de spin de vecteur d'onde non nul pour l'un de nos échantillons. Nous avons démontré qu'on peut effectivement générer les ondes de spin en excitation femtoseconde, et les détecter en FWM. Nous avons trouvé que leur dispersion est plus faible que celle observée dans les expériences de Raman. Cette faible dispersion pourrait être imputable à la forte densité d'excitation utilisée dans les expériences de FWM (typiquement trois à quatre ordres de grandeur supérieurs à celle du Raman), et/ou au fait que deux ondes de vecteur d'ondes q et -q, ayant des dispersions différentes, sont sondées simultanément en FWM.
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Cho, Suyeon. "Synthesis and characterization of refractory oxides doped with transition metal ions." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00856580.
Full textAbstract:
In this study, the oxygen-deficient TiO2, SrTiO3 systems and transition metal ion (Cr or V) doped TiO2, SrTiO3 and SrZrO3 systems have been investigated. We prepared samples as polycrystals, single crystals and thin films for various desires. Their structural, physical and electronic properties were measured by bulk-sensitive techniques (X-Ray Diffraction, SQUID and Electro Paramagnetic Resonance) or surface-sensitive techniques (Photoemission spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy). The measurement of SQUID and EPR showed not only their magnetic properties but also the valence state of Cr dopant. We verified the valence state of Cr ions in oxides and found the key parameters of sample synthesis which control the valence state of Cr ions. Segregated phases such as SrCrO4 were formed when the samples were synthesized under O2 rich environment. The surface properties of Cr doped SrZrO3 films are also discussed. We found the synthesis conditions which influence on not only the behavior of Cr ions but also the resistive-switching behaviors. Various resistive-switching behaviors seem to depend on the surface chemistry of films. We found that the accumulation of Cr3+ on film surface provides a clean interface without any non-stoichiometric oxides and that this sharp interface termination results in a good performance of resistive-switching.
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Besbas, Jean. "Influence de la densité de trous sur la dynamique des charges et de l'aimantation du (Ga, Mn)As en couche." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00798208.
Full textAbstract:
Ce travail étudie le rôle de la densité de trous à l'équilibre sur la dynamique des charges et de la norme de l'aimantation de (Ga,Mn)As pour des densités de manganèse et d'impuretés fixées indépendamment. Des expériences " pompe-sonde " mettent en relation les dynamiques de réflectivité et d'angle de rotation Kerr. Deux relaxations sont mises en évidence. La première traduit un échauffement variable du gaz de trous entre 1ps et 100ps. La seconde traduit une diffusion-recombinaison des charges entre 100ps et 1500ps et évolue en fonction du rapport entre extension spatiale d'états d'impuretés, piégeant les électrons photo générés, et vitesse de Fermi. Pour compléter l'approche, une étude numérique de l'état fondamental des échantillons par la théorie de la fonctionnelle de la densité relie aimantation, température et densité de trous. Elle interprète la dynamique de la norme de l'aimantation à partir d'un diagramme de phase statique correspondant aux données publiées pour (Ga,Mn)As, qui est fonction de la température et de la densité de trous. Cette dynamique se ramène à celle de la réflectivité. Ceci permet de préciser les contributions de la norme et de l'orientation de l'aimantation dans le signal dynamique de rotation Kerr.
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Baboux, Florent. "Effets spin-orbite géants sur les modes collectifs de spin de puits quantiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01020564.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude des effets du couplage spin-orbite dans des puits quantiques semi-conducteurs dopés (GaAs et CdMnTe), par spectroscopie Raman électronique. Dans ces structures existent des champs magnétiques intrinsèques (Dresselhaus et Rashba). Ces champs offrent des moyens attractifs pour manipuler le spin des électrons, mais contribuent aussi à la relaxation de spin via leur dépendance avec le vecteur d'onde de l'électron (mécanisme D'yakonov-Perel'). Nous montrons que pour les modes collectifs de spin de puits quantiques, le scénario destructif D'yakonov-Perel' est transformé en un scénario constructif : les interactions Coulombiennes font émerger un champ spin-orbite collectif, proportionnel au vecteur d'onde de l'excitation, et renforcé d'un facteur de plusieurs unités par rapport aux champs spin-orbite individuels. Nous mettons d'abord en évidence ces effets spin-orbite géants sur le plasmon de spin inter-sous-bande, dans des puits quantiques de GaAs. Le champ spin-orbite collectif, qui conduit à un éclatement de structure fine du spectre plasmon, est superposé à un champ magnétique extérieur et cartographié dans l'espace réciproque. Nous étudions ensuite l'onde de spin intra-sous-bande du gaz d'électrons polarisé en spin, dans des puits quantiques magnétiques dilués de CdMnTe. Le champ spin-orbite collectif se superpose ici au champ Zeeman géant du composé. Nous mesurons le facteur de renforcement du champ spin-orbite collectif. Enfin, nous déterminons la dépendance du facteur de renforcement avec la densité électronique, et démontrons la possibilité de contrôler l'amplitude du champ spin-orbite collectif à l'aide d'une grille optique.
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Titov, Andrey. "Propriétés électroniques des semiconducteurs magnétiques dilués: Ga1-xMnxN, Ga1-xMnxAs, Ge1-xMnx." Phd thesis, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00113864.
Full textAbstract:
Les propriétés électroniques de (Ga,Mn)N ont été étudiées par spectroscopie d'absorption des rayons X au seuil K du Mn. Des calculs ab-initio ont été utilisés pour interpréter les spectres d'absorption de (Ga,Mn)N. Deux pré-pics sont présents dans le seuil du Mn: le premier pré-pic est attribué aux transitions électronique vers les états 3d du Mn de spin up, tandis que le second pré-pic correspond aux transitions vers les états 3d du Mn de spin down. Cette interprétation nous permet de déterminer que l'état électronique du Mn dans (Ga,Mn)N est Mn<sup>3+</sup>: deux pré-pics sont présents dans les spectres d'absorption du Mn<sup>3+</sup> et un seul pré-pic reste dans les spectres du Mn<sup>2+</sup>. Ce changement des spectres a été vérifié expérimentalement sur des échantillons de (Zn,Mn<sup>2+</sup>)Te et (Ga,Mn<sup>2+</sup>)As. De plus, cette interprétation permet d'étudier la distribution du Mn dans (Ga,Mn)N: la forme des spectres d'absorption suggère que la distribution du Mn est homogène dans nos échantillons de (Ga,Mn)N.