Magnéto-élasticité et magnéto-acoustique dans le semi-conducteur ferromagnétique (Ga,Mn)As

Magneto-elasticity and magneto-acoustics in the ferromagnetic semiconductor (Ga, Mn) As

• Auteur / Autrice : Meriam Kraimia
• Direction : Catherine Gourdon, Kaïs Boujdaria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/09/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Faculté des sciences de Bizerte (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des nanosciences de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Belliard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zoubeida Dhaouadi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wissem Cheikhrouhou-Koubaa, Thierry Amand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Dynamique d'aimantation

Résonance ferromagnétique

Semiconducteurs magnétiques

Mots clés libres

Magnétostriction

Magnéto-élasticité

Magnéto-acoustique

Non linéarité

Anisotropie magnétique

Cisaillement

Oscillateur paramétrique

Onde acoustique surface

Magnetostriction

Magneto-elastic

Magneto-acoustic

Non-linearitie

Magnetic anisotropy

Shear

Parametric oscillator

Surface acoustic wave

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la dynamique d'aimantation excitée par des ondes acoustiques dans des couches de (Ga,Mn)As. Dans la première partie, nous présentons une étude à la fois expérimentale et théorique sur l'origine de la forte anisotropie magnétique uniaxiale dans le plan de la couche (Ga, Mn) inattendue pour la structure cristalline cubique. En supposant que cette anisotropie est d'origine magnéto-élastique, nous avons obtenu en développant un modèle théorique k.p une dépendance linéaire entre les constantes d'anisotropie magnétique et la déformation de cisaillement. À la recherche d'une déformation de cisaillement réelle résultant de la relaxation du réseau, nous effectuons une diffraction des rayons X anomale. Travaillant sur une couche fortement anisotrope (Ga, Mn), la valeur estimée de εxy =10-4 n'a pas été trouvée bien qu'elle soit d'un ordre de grandeur au-dessus du seuil de détection. Ces résultats indiquent que l'anisotropie magnéto-cristalline planairene peut être décrite que par une déformation effective comme prédit pour une distribution non isotrope des dimères de Mn. Dans la deuxième partie, nous étudions le couplage magnéto-élastique résonant dans une couche de (Ga,Mn)As. La détection temporelle et spatiale de la dynamique magnéto-acoustique a mis en évidence la présence des signatures d'une non-linéarité provenant uniquement de l'onde acoustique de surface comme le doublement de fréquence et de vecteur d'onde, l'évolution quadratique de l'amplitude de précession à 2fSAW. Un modèle d'oscillateur paramétrique obtenu en linéarisant l'équation Landau-Lifschitz-Gilbert (LLG) est utilisé pour mieux comprendre les conditions menant à la non-linéarité.

This thesis is devoted to the study of the magnetization dynamics excited by acoustic waves in layers of (Ga, Mn) As. In the first part, we present an experimental and theoretical study on the origin of the strong in-plane uniaxial magnetic anisotropy in (Ga,Mn)As layers, unexpected from the cubic crystalline structure. Assuming that this anisotropy has a magnetoelastic origin, we obtained by developing a k.p band model a linear dependence between the constant of magnetic anisotropy and the shear srain. Searching for a real shear strain arising from lattice relaxation, we perform anomalous x-ray diffraction. Working on a strongly anisotropic (Ga,Mn)As layer, the estimated εxy = 10-4 was not found although it lied an order of magnitude above the detection threshold. This ensemble of results indicate that the magneto-crystalline anisotropy planar can be described by an effective deformation as predicted by a non-isotropic distribution of the dimers of Mn. In the second part, we study the magneto-elastic coupling resonant in a layer of (Ga,Mn)As. Temporal and spatial detection of the magneto-acoustic dynamics has highlighted the presence of a non-linearity that arises solely from the surface acoustic wave (SAW) such as frequency and wave-vector doubling in time and space, the quadratic evolution of the precession amplitude at 2fSAW. A parametric oscillator model obtained by linearization of the Landau-Lifschitz-Gilbert (LLG) equation was adopted to understand the conditions leading to these non-linearities.