Ferromagnetic Resonance Investigation of GaMnAs Nanometric Layers
Etude des couches Nanométriques de GaMnAs par Résonance Ferromagnétique
Résumé
This thesis is dedicated to the study of the magnetic properties of GaMnAs nanometric layers by the ferromagnetic resonance (FMR) technique. Three series of samples have been studied to investigate the influence of the strain, the hole concentration and the Mn concentration on the magnetic properties of GaMnAs. In the first series, the GaMnAs samples grown on GaAs (compressive strain) and GaInAs (tensile strain) substrates are studied. The angular variations of the FMR spectra are studied in detail and the g-factor, Curie temperature and the magnetocrystalline anisotropy constants are determined as a function of temperature. Spin wave resonance were equally observed and interpreted. The second study concerns a series of GaMnAs samples with the same Mn doping level in which the hole concentrations was varied via a hydrogen passivation technique. The anisotropy studies of the samples have provided the investigation of the magnetocrystalline anisotropy constants as a function of the hole concentration and the temperature. The influence of increasing the doping level from 7% to 21% atomic concentration is studied in the third series of samples. The reason for no further increase in TC is attributed to high level of magnetic compensation. The relaxation of the magnetization is studied as a function of strain, hole concentration, Mn concentration as well as temperature. The damping constants were found to be anisotropic. This anisotropy however depends strongly on the process whose contribution is dominant for a specific configuration of the system.
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 Ga1-xMnxAs.
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.
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.
La plus faible concentration en trous permettant d'atteindre un état ferromagnétique est estimée à 1019cm-3. 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.
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.
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.
La plus faible concentration en trous permettant d'atteindre un état ferromagnétique est estimée à 1019cm-3. 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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