Influence de la densité de trous sur la dynamique des charges et de l'aimantation du (Ga, Mn)As en couche

Influence of the hole density on the carrier and magnetization dynamics of (Ga,Mn)As thin layers

• Auteur / Autrice : Jean Besbas
• Direction : Pierre Gilliot, Giovanni Manfredi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 12/10/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Sophie Cordan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Omar Morandi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Marie, Catherine Gourdon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kerr, Effet

Couches minces semiconductrices

Réflexion (optique)

Trous (électronique)

Aimantation

Mots clés libres

Dynamique d’aimantation

(Ga,Mn)As

Semi-conducteur magnétique dilué

Effet Kerr magnéto-optique

TR-MOKE

Désaimantation

Réaimantation

Réflectivité différentielle

Dynamique des charges

Piégeage électronique

Magnetization dynamics

(Ga,Mn)As

Diluted magnetic semiconductor

Magneto-optic Kerr Effect

TR-MOKE

Demagnetization

Magnetization enhancement

Differential reflectivity

Charge dynamics

Electron trapping

Résumé

Ce travail étudie le rôle de la densité de trous à l’équilibre sur la dynamique des charges et de la norme de l’aimantation de (Ga,Mn)As pour des densités de manganèse et d’impuretés fixées indépendamment. Des expériences « pompe-sonde » mettent en relation les dynamiques de réflectivité et d’angle de rotation Kerr. Deux relaxations sont mises en évidence. La première traduit un échauffement variable du gaz de trous entre 1ps et 100ps. La seconde traduit une diffusion-recombinaison des charges entre 100ps et 1500ps et évolue en fonction du rapport entre extension spatiale d’états d’impuretés, piégeant les électrons photo générés, et vitesse de Fermi. Pour compléter l’approche, une étude numérique de l’état fondamental des échantillons par la théorie de la fonctionnelle de la densité relie aimantation, température et densité de trous. Elle interprète la dynamique de la norme de l’aimantation à partir d’un diagramme de phase statique correspondant aux données publiées pour (Ga,Mn)As, qui est fonction de la température et de la densité de trous. Cette dynamique se ramène à celle de la réflectivité. Ceci permet de préciser les contributions de la norme et de l’orientation de l’aimantation dans le signal dynamique de rotation Kerr.

The effects of the background hole density on the charge and magnitude of the magnetization dynamics in (Ga,Mn)As grown with independently fixed manganese and impurity densities. A pump and probe experiment monitored simultaneously the reflectivity and Kerr angle dynamics. Two relaxation steps are highlighted. First the cooling down of the charge clouds between 1ps and 100ps and second the carrier’s diffusion-recombination between 100ps and 1.500 ns. The latter depends on the ratio between the spatial extent of impurity states, which trap the photo electrons, and the Fermi velocity. To complete these experimental results, a numerical study of the ground state of the samples, using a density functional theory, relates the magnitude of the magnetization, the temperature of the carriers and the density of holes. Phase diagram are computed, and compared to already published results. We show that the magnitude of the magnetization dynamics can be fully determined from the reflectivity measurements. We conclude that it is possible to distinguish the dynamics of the magnetization magnitude and direction using the Kerr angle dynamical signal.