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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (06/07/2007), Yves Guldner (Dir.)
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Etude des propriétés ferromagnétiques de (Ga,Mn)As par le biais de l'hydrogène
Laura Thevenard1

Le (Ga,Mn)As est un matériau de choix pour l'électronique de spin, étant à la fois semiconducteur et ferromagnétique, à la suite de l'interaction d'échange entre les spins des atomes de manganèse (3d5-4s2), et ceux des trous qu'ils apportent. Sa température de Curie (Tc) se situe typiquement entre 50 et 150 K.
Afin de découpler les dopages magnétique ([Mn]) et électrique (p), une technique de passivation par hydrogène a été développée, pour former des complexes (Mn,H) électriquement neutres. Ses effets magnétiques (apparition d'une phase paramagnétique), électriques (diminution de p) et structuraux sur la couche ont tout d'abord été étudiés.
Puis, des échantillons de dopage croissant ont été fabriqués grâce à ce procédé, pour des couches en tension ou en compression. Un bon accord avec les prévisions de la théorie de champ moyen a été obtenu pour l'évolution de leur anisotropie magnétique, et de leurs Tc en fonction de la contrainte épitaxiale, et de la densité de porteurs.
Une dernière étude s'est penchée sur les domaines magnétiques et les mécanismes de renversement d'aimantation de couches continues, puis de microstructures monodomaines aimantées perpendiculairement au plan. Un procédé de passivation locale par hydrogénation a été développé pour structurer magnétiquement des couches de (Ga,Mn)As (taille minimale des motifs ~ 200 nm). Il a entre autres permis d'abaisser fortement les champs de retournement d'aimantation de réseaux de plots microniques, par rapport à ceux obtenus dans des structures fabriquées par gravure. Enfin, des résultats préliminaires de déplacement de parois de domaines par un champ magnétique ou un courant polarisé ont été obtenus dans des pistes structurées par hydrogénation.
1 :  LPN - Laboratoire de photonique et de nanostructures
GaMnAs – hydrogène – domaines magnétiques – structuration magnétique – effet Kerr – DMS

Study of the ferromagnetic properties of (Ga,Mn)As using hydrogen
Ga,Mn)As is a model material for spintronics, being both semiconducting and ferromagnetic, as the result of the exchange interaction between the spins of the manganese atoms (3d5-4s2), and those of the holes they bring to the matrix. Its Curie temperature (Tc) is typically situated between 50 and 150 K.
In order to decouple magnetic ([Mn]) and electrical doping (p), we used a hydrogen passivation technique to form electrically inactive (Mn,H) complexes. The different consequences of the incorporation of hydrogen in the layer were first established, considering magnetic properties (appearance of a paramagnetic phase), electronic structure (reduction of p), and structural effects on the lattice.
A series of samples of increasing doping was then fabricated using this process, for layers in tensile or compressive strain. A good agreement with mean field theory predictions was obtained concerning the evolution of the magnetic anisotropy and of Tc as a function of the carrier density and epitaxial strain.
The last study focused on magnetic domains, and the magnetization reversal mechanisms of continuous layers and single-domain structures with a perpendicular-to-plane easy axis. We developped a local passivation process using hydrogenation to pattern magnetically (Ga,Mn)As (minimum structure size ~ 200 nm). Among other results, this technique reduces the mean switching fields in arrays of micron-sized dots, compared to structures fabricated by the more traditionnal etching technique. Finally, preliminary results of domain wall propagation induced by a magnetic field or a spin-polarized current were obtained in stripes patterned by hydrogenation.
GaMnAs – hydrogen – magnetic domains – magnetic patterning – Kerr effect – DMS