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Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (25/06/2010), Jurgen Von Bardeleben (Dir.)
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Manipulation de l'anisotropie magnétique dans les semiconducteurs ferromagnétiques
Murat Cubukcu1

Cette thèse présente une étude de l'anisotropie magnétique de semiconducteurs ferromagnétiques en couches minces et du couplage magnétique dans des bicouches formées à partir de ces matériaux et de métaux ferromagnétiques. Je me suis focalisé sur deux systèmes distincts : des films minces de l'alliage quaternaire GaMnAsP et des bicouches : MnAs/GaMnAs. Dans ces systèmes, j'ai étudié l'influence sur les anisotropies magnétiques d'une part, de la déformation biaxiale induite par le désaccord de maille avec le substrat et d'autre part, de la concentration en trous. Ces études ont été menées principalement par résonance ferromagnétique, mesures d'aimantation par SQUID, ainsi que grâce à des mesures de transport et de diffraction de rayons X à haute résolution. Deux séries de films de GaMnAsP caractérisées par des concentrations en Mn de 7% et 10% ont été étudiées. Pour chaque série, la concentration en P a été variée sur une large gamme de 0 à 20%. Les forts dopages en P sont intéressants car le régime de conduction peut changer, passant de métallique à bande d'impuretés. Ceci induit de profondes modifications de tous les paramètres magnétiques pertinents. Nous avons étudié les variations d'anisotropie magnétique avec la concentration en P. Une réorientation de l'aimantation avec la température a pu être mise en évidence pour une concentration 6% P. Des mesures de RFM à haute fréquence ont permis d'étudier l'anisotropie magnétique de films de MnAs épitaxiés sur (111) et (100) GaAs. Un couplage d'échange ferromagnétique est mis en évidence pour les bicouches MnAs/GaMnAs. La relaxation de l'aimantation de ces systèmes a été étudiée via le facteur de Gilbert, déterminé à partir de l'étude de la largeur des résonances en fonction de la fréquence des microondes utilisées.
1:  INSP - Institut des Nanosciences de Paris
Semiconducteur ferromagnétique – Anisotropie magnétique – GaMnAsP – MnAs – Exchange bias – Résonance ferromagnétique – Spintronique

Manipulation of magnetic anisotropy in ferromagnetic semiconductors
The subject of this thesis is the experimental study of the magnetic anisotropy in thin ferromagnetic semiconductor films and the magnetic coupling in bilayers formed with ferromagnetic metals. I have focussed my studies on two different systems: quaternary ferromagnetic GaMnAsP thin films and MnAs/GaMnAs bilayers. In these systems I have investigated how the magnetic anisotropies are influenced by the lattice mismatch induced biaxial strain and the hole concentration. The principal experimental techniques used are ferromagnetic resonance spectroscopy, SQUID magnetization measurements as well as transport and high resolution X-ray diffraction. Two series of GaMnAsP layers characterized by different Mn concentrations of 7% and 10% were investigated. For each series the P concentration has been varied over a wide range from 0 to 20%. Of particular interest is the case of highly P doped layers where the conductivity regime changes from metallic to impurity band conduction. This change induces a profound modification of all pertinent magnetic parameters. The variation of the four anisotropy constants as a function of temperature and P has been determined. For intermediate P concentrations layers with zero uniaxial strain can be obtained. The temperature induced magnetization reorientations have been evidenced for 6% doped P. High frequency FMR measurements have been used to study the magnetic anisotropy of MnAs epitaxial films on (111) and (100) GaAs. A ferromagnetic exchange coupling has been evidenced for MnAs/GaMnAs bilayers. I have further studied the magnetization relaxation via the Gilbert damping factor which has been deduced from FMR linewidth studies at two different microwave frequencies.
Ferromagnetic semiconductor – Magnetic anisotropy – GaMnAsP – MnAs – Exchange bias – Ferromagnetic resonance – Spintronics

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