Thèse soutenue le 17 juin 2016  pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique/Nanophysique

Résumé :
Ce travail de thèse porte sur l’étude des propriétés optiques de boîtes quantiques anisotropes de (Cd,Mn)Te insérées dans des nanofils de ZnTe. Les boîtes quantiques étudiées contenant 10 % de Mn sont allongées suivant l’axe du fil ce qui tend à favoriser un état fondamental à trou léger ayant une susceptibilité de spin perpendiculaire à l’axe du fil. L’objectif principal de la thèse est l’étude de la formation du Polaron Magnétique dans ces boîtes et la détermination de leur anisotropie magnétique.
Nous avons étudié en premier les propriétés optiques de nanofils de ZnTe et de nanofils cœurs-coquilles ZnTe/(Zn,Mg)Te. Ces études nous ont amené à modéliser les contraintes élastiques dans le cœur, dans la coquille et dans des boîtes allongées insérées dans les nanofils. Ce modèle nous a permis d’estimer les splittings entre les niveaux de trou lourd et de trou léger dans la boîte et dans le fil.
Nous avons étudié ensuite des nanofils contenant des boîtes magnétiques et non magnétiques par spectroscopie magnéto-optique. Dans les boîtes magnétiques, les interactions d’exchange entre les porteurs localisés et les spins de Mn induisent un très fort décalage Zeeman de la raie excitonique (Effet Zeeman Géant). Pour extraire des paramètres quantitatifs, nous avons combiné différentes techniques expérimentales sur le même nanofil (photo et cathodoluminescence, analyse dispersive en énergie du rayonnement X). Nous avons utilisé différentes orientations du champ magnétique pour déterminer l’anisotropie du trou dans la boîte. Les valeurs expérimentales sont plus petites que les valeurs théoriques ce qui suggère un mauvais confinement du trou dans la boîte.
Afin d’obtenir un meilleur confinement du trou, nous avons étudié des boîtes de (Cd,Mn)Te entourées d’une coquille de (Zn,Mg)Te. Grace au meilleur confinement du trou, nous avons réussi à observer la formation du Polaron Magnétique excitonique. Des mesures de photoluminescence résolues en temps sur des nanofils uniques nous ont permis d’extraire l’énergie et le temps de formation du Polaron Magnétique entre 5 K et 50 K. La raie d’émission des boîtes présente un effet Zeeman géant inhabituel caractéristique d’un Polaron Magnétique à trou léger. Nous avons développé un modèle théorique pour décrire la formation du Polaron Magnétique excitonique dans les boîtes quantiques. Ce model, basé sur l’énergie libre et valable pour des températures et des champs magnétiques arbitraires, a été utilisé pour rendre compte de l’ensemble des données expérimentales. Ce modèle a permis de déterminer les paramètres caractéristiques du polaron magnétique à trou léger (énergie, orientation and amplitude du moment magnétique, volume d’échange, anisotropie du trou).

Jury :
Président : Etienne Gheeraert
Rapporteur : Denis Scalbert
Rapporteur : Olivier Krebs 
Examinateur : Jean Pierre Hermier 
Examinateur :  Nicolas Chauvin
Directeur de thèse : David Ferrand

Mots clés :
Formation de polarons magnétiques dans des boîtes quantiques de (Cd,Mn)Te insérées dans des nanofils de ZnTe

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