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Thibaut Devillers

Étude des propriétés physiques des phases de Ge(1-x)Mn(x) ferromagnétiques pour l'électronique de spin

Publié le 28 novembre 2008


Thèse soutenue le 28 novembre 2008 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier – Grenoble 1 - Spécialité : Physique

Résumé :
La synthèse de semiconducteurs ferromagnétiques à température ambiante est désormais un enjeu majeur pour le développement de l'électronique de spin. Dans ce manuscrit sont présentés les résultats de nos travaux sur le système Germanium dopé Manganèse. Nous y discutons tout d'abord les propriétés structurales de couches minces de GeMn élaborées par épitaxie par jets moléculaires, grâce aux techniques de microscopie électronique en transmission, diffraction d'électrons et de rayons X, et spectroscopie EXAFS. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la ségrégation du Mn qui conduit à la formation de phases riches en manganèse. Dans les couches élaborées à basse température (~100°C), cette ségrégation se traduit par une décomposition spinodale 2D qui a pour conséquence la formation de nanocolonnes riches en Mn entourées par une matrice de Ge. La croissance à des températures supérieures à 200 °C conduit en revanche à la formation de précipités métalliques de Ge3Mn5. Dans un second temps, nous avons étudié les propriétés magnétiques de ces différentes phases. Nous avons mis en évidence un comportement superparamagnétique des nanocolonnes et pour certaines conditions de croissance, un comportement ferromagnétique à des températures supérieures à 400K. Nous nous sommes finalement penchés sur des systèmes plus complexes alliant les nanocolonnes de GeMn à d'autres matériaux (GaAs, MnO, Ge), pour démontrer certaines fonctionnalités (exchange bias, auto-organisation des colonnes ...) indispensables à la réalisation de dispositifs spintroniques. L'ensemble de ces résultats ouvre la voie vers l'injection de spin dans les semiconducteurs tels que le Si, Ge et GaAs.

Jury :
Président : Joël Cibert
Rapporteur : Alberta Bonanni
Rapporteur : Victor Etgens
Examinateur : Tomasz Dietl
Examinateur : Matthieu Jamet
Directeur de thèse : André Barski

Mots clés :
nanotechnologie, auto-assemblage, auto-organisation, spintronique, semiconducteur, ferromagnétisme

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