Effets des bandes α-β sur la diffraction

Les rayons X peuvent être utilisés à différentes énergies afin de mesurer le dia-gramme de diffraction dû à la modulation d’épaisseur induite par les bandes comme nous avons pu le voir dans le chapitre 4, ou bien comme il l’a été montré par Jenichen et al. [89] à l’aide de rayons X durs à proximité des pics du MnAs et du GaAs. Mais les mesures présentées dans ce chapitre ne permettent pas d’observer ces pics satellite à proximité des réflexions mesurées à cause de la résolution angulaire limitée (détecteur à pixels larges trop proche de l’échantillon). Il n’est donc pas possible de déterminer la période des bandes, ni leur largeur en fonction de la température.

Néanmoins, les largeurs des pics du MnAs donnent ici certaines informations sur les dimensions des domaines. Pour le voir, il faudrait regarder la dépendance des largeurs ∆qx et ∆qy en fonction de la largeur de chaque bande α et β que l’on ne peut pas mesurer ici. On peut toutefois regarder la dépendance de ∆qx et ∆qy en fonction de la proportion de phase α ξα (ou de ξβ = 1 − ξα) car la largeur des bandes varie de façon monotone avec la proportion de phase, et lui est proportionnelle sur une grande gamme de températures [47]. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ^0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

(b)

(a)

Figure 5.36 – Largeurs (a) ∆qx et (b) ∆qy des pics α et β 026 et 406 en fonction de la proportion volumique de phase α ξα.

La figure 5.36 donne les largeurs ∆qx et ∆qy des phases α et β en fonction de ξα la proportion de phase . Pour la phase α, plus ξα diminue, plus sa largeur ∆qy augmente tandis que ∆qx reste constant. De même pour la phase β, où on observe le même comportement lorsque sa proportion ξβ diminue, c’est à dire lorsque ξα augmente.

Les pics des deux phases s’élargissent donc principalement selon ∆qy lorsque la proportion de phase ξα ou ξβ diminue, c’est à dire lorsque les bandes sont moins larges selon ~y. L’élargissement supérieur de ∆qy par rapport à ∆qx peut s’expliquer par le fait que la longueur de cohérence des domaines est différente selon la direction. Comme les bandes sont orientées selon ~x, elles peuvent y être considérées comme infinies et leur longueur de cohérence y est liée à la qualité cristalline, indépendante de la température et de la largeur des bandes. Tandis que selon ~y, la longueur de cohérence des domaines est limitée par la largeur des bandes.

Il est donc possible de déterminer la présence de bandes dans MnAs/GaAs(001) en mesurant les largeurs ∆qx et ∆qy des pics α et β. Pour cela, les largeurs des pics α sont les plus adaptées car leur évolution de ∆qy est monotone avec la proportion de phase, tandis que ∆qx est constant dans presque toute la gamme de température de coexistence α-β.

5.7 Conclusion

Dans ce chapitre, l’évolution en température de la structure cristallographique des phases α et β de MnAs dans MnAs/GaAs(001) a été étudiée. La structure des domaines α apparaît être identique à celle du α-MnAs massif, comme déjà observé auparavant par dichroïsme circulaire magnétique des électrons [82, 83, 84, 85].

L’existence de différents domaines β a pu être mise en évidence. Ces domaines se distinguent par leur état de contrainte (leurs paramètres c étant différents) et par leurs distorsions propres. De plus, ces distorsions sont différentes de celles observées dans le β-MnAs massif. Il est notable que des résultats récents montrent la présence d’inhomo-généités analogues à celles des bandes β au sein des bandes α [85]. Ces inhomod’inhomo-généités apparaissent lorsque la proportion volumique α devient faible dans le film. Les résul-tats de nos mesures de diffraction sur la phase β et ces résulrésul-tats sur la phase α dans MnAs/GaAs(001) montrent donc que la disparition des bandes dans MnAs se fait à la fois par un désodre dans le plan [36] et par un désordre hors plan.

De nouvelles mesures couvrant un plus grand nombre de réflexions que celles présen-tées dans ce chapitre devront être réalisées afin de préciser les distorsions des domaines β dans MnAs/GaAs(001).

Enfin, il a été observé que les largeurs des pics des réflexions 026 et 406 α et β donnent une information sur la présence de bandes dans MnAs. Cette observation sera précieuse au chapitre suivant afin de déterminer si des bandes se forment dans MnAs à la suite d’une excitation laser femtoseconde.

Dynamique de la structure de

MnAs induite par excitation laser

femtoseconde

6.1 Contexte et motivations

Dans Fe/MnAs/GaAs(001), le champ magnétique de surface issu des bandes α de MnAs peut être utilisé dans un cycle thermique pour renverser l’aimantation de la couche de Fe (voir 2.3.3). Mais le renversement de MF e peut également être obtenu localement à la suite de l’excitation de Fe/MnAs/GaAs(001) par une impulsion laser femtoseconde unique.

L’effet de l’excitation laser femtoseconde de la surface de MnAs/GaAs(001) a déjà été étudié dans des expériences de type pompe-sonde optique-XUV s’intéressant à la diffraction des rayons XUV par les bandes sur une échelle de temps inférieure à la nanoseconde [18] ou optique-optique sur une échelle de temps plus longue [42, 41, 90]. Les grandes longueurs d’onde utilisées ont permis d’observer la disparition de la modulation de surface de MnAs en ∼100 ps, mais ne permettent pas de déterminer quelles phases de MnAs sont présentes.

Pour avoir accès à la structure cristallographique de MnAs dans MnAs/GaAs(001) suite à l’excitation laser, nous avons réalisé des expériences de TR-XRD (time-resolved x-ray diffraction). Il s’agit d’expériences pompe optique - sonde X résolues en temps où la sonde est le signal de diffraction des rayons X à une énergie de 9,5 keV. A cette énergie, la longueur de pénétration nous permet d’étudier la dynamique de la struc-ture cristallographique dans tout le volume du film, et donc de déterminer l’évolution temporelle de la structure du film suite à l’excitation laser. Les caractéristiques des impulsions de pompe, précisées dans la suite, sont identiques ou proches de celles per-mettant de renverser MF e.

Les expériences de TR-XRD présentées dans ce chapitre ont été réalisées sur la ligne de lumière CRISTAL du synchrotron SOLEIL, ainsi que sur la ligne XPP du laser à électrons libres LCLS. Ces deux lignes de lumière, ainsi que les dispositifs expérimentaux utilisés, sont décrites dans les parties 3.4.3 (CRISTAL) et 3.4.4 (XPP). L’évolution temporelle des réflexions 006, 026 et 406 communes à toutes les phases de MnAs est présentée, ainsi que celle de la réflexion 105 exclusive à β-MnAs.

A travers les résultats de ces mesures, nous allons chercher à préciser les mécanismes permettant le renversement de MF e à la suite de l’excitation laser femtoseconde de

Fe/MnAs/GaAs(001), leurs échelles de temps, ou encore à expliquer la présence d’un seuil en fluence dans le processus de renversement de MF e.