Etudes par microscopies en rayonnement synchrotron des propriétés structurales et magnétiques des couches minces et microstructures MnAs/GaAs(100)

Structural and magnetic properties of mnas/gaas(001) thin films and microstructures studied by synchrotron radiation microscopies

• Auteur / Autrice : Souliman El Moussaoui
• Direction : Yves Garreau, Rachid Belkhou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement synchrotron

Spin

Ferromagnétisme

Nanostructures

Résumé

Les couches minces MnAs sur GaAs(lOO) présentent des propriétés structurales et magnétiques fascinantes. A température ambiante, le système exhibe la coexistence de deux structures typiques: les phases a- et P- MnAs. Cette coexistence se manifeste par la formation de deux bandes auto-organisées sur un large intervalle de température de 15 °C à 45 °C, comme il est observé par les techniques LEEM et PEEM. À basse température MnAs développe principalement la phase α, qui est hexagonale et a un caractère ferromagne��tique. A 45 °C, une transition du premier ordre se produit et le système exhibe uniquement la phase β avec une structure cristalline orthorhombique et un ordre paramagnétique. La microscopie LEEM-XPEEM nous a permis d'étudier la variation des propriétés des deux phases en fonction de la température, et de l'épaisseur de la couche mince MnAs. Les propriétés magnétiques de la phase α ont été revues en combinant le dichroïsme circulaire des rayons X avec la microscopie XPEEM. Cela nous a permis d'imager les domaines magnétiques avec une excellente résolution spatiale. Dans le cas de la phase orthorhombique p, les techniques XMLD-PEEM, dichroïsme linéaire haute résolution et celle de l'effet Kerr magnéto-optique, nous ont permis de mettre en évidence la nature antiferromagnétique de la phases β lorsque les phases α et β coexistent. Une autre question abordée concerne l'évolution des propriétés du système lorsque ses dimensions latérales sont réduites. Des microstructures élaborées par lithographie électronique et étudiées par (μ-DRX nous ont permis de mettre en évidence un comportement inattendu. Les structures de petites tailles se stabilisent dans la phase a. Enfin, l'étude du couplage magnétique entre les films minces MnAs et une couche de Fe est explorée. Les résultats préliminaires font état d'une forte dépendance de l'épaisseur de la couche de Fe sur la nature du couplage entre les deux matériaux.

MnAs thin films on GaAs(OOl) présent fascinating structural and magnetic properties. The System shows at room temperature the coexistence of two typical structures: so-called α- and β-phases. This coexistence manifests in the formation of self-organized stripes over a wide temperature range from 15 °C to 45 °C, as it is seen by LEEM and PEEM techniques. At low temperature MnAs develops mainly the α-phase, which is hexagonal and has a ferromagnetic nature. By crossing 45 °C, a first order transition is achieved and the System displays only the β-phase with orthorhombic crystalline structure and paramagnetic order. While the properties of the ferromagnetic α phase are revisited by XMCD-PEEM, the p phase magnetic nature, which was unclear, is investigated using a combination of various techniques (XMLD-PEEM, MOKE and LD-XAS). We demonstrate that β-MnAs is antiferromagnetic where β and α coexist. Another important issue of this work was to study the structural changes of the MnAs films when its lateral dimensions are reduced. Microstructures elaborated using electronic lithography and studied with μ-XRD have shown an unexpected behaviour when the lateral size of the microstructures are reduced. The miniaturisation of the structures tends to stabilize the α-phase. Finally, a study of the coupling between thin layer of Fe and the MnAs thin films has shown that this coupling strongly depends on the Fe thickness.