Objectifs de la th`ese

Afin de pouvoir exploiter les fonctionnalit´es offertes par ces mat´eriaux granulaires SC:FM, la compr´ehension des propri´et´es magn´etiques de ces mat´eriaux de fa¸con g´en´erale est primor- diale. C’est une ´etape importante pour comprendre l’origine des fonctionnalit´es et ainsi les utiliser pour la conception et le d´eveloppement de nouveaux dispositifs bas´es sur les mat´eriaux granulaires SC:FM.

L’objectif g´en´eral de la th`ese se r´esume donc `a comprendre et expliquer le comporte-

ment magn´etique de structures compos´ees de nanoagr´egats ferromagn´etiques encastr´es dans une couche mince semi-conductrice ´epitaxiale. Pour rencontrer notre objectif, nous avons

d´ecid´e d’´etudier les propri´et´es magn´etiques du syst`eme granulaire GaP:MnP pour les raisons suivantes. Malgr´e les avanc´es prometteuses du GaAs:MnAs pour les applications magn´eto- optiques, le GaAs poss`ede une bande interdite relativement petite (1.43 eV `a la temp´erature de la pi`ece), ce qui limite le spectre de fr´equence utilisable dans le proche infrarouge. Comme nous l’avons mentionn´e plus tˆot, l’utilisation de semi-conducteurs ayant une bande interdite

plus large devient donc attrayante pour ´eventuellement fabriquer des dispositifs magn´eto- optiques fonctionnant dans le spectre du visible. Dans ce contexte, le phosphure de gallium (GaP) devient donc un compos´e tr`es int´eressant `a cause de sa bande interdite large (2.27 eV `a 300 K, ce qui correspond `a une longueur d’onde de 546 nm). ´Egalement, le fait que son param`etre de maille est tr`es pr`es de celui du silicium le rend attrayant du point de vue technologique ´etant donn´e que le silicium est le semi-conducteur le plus utilis´e dans les applications technologiques actuelles. Il est donc logique d’opter pour un syst`eme bas´e sur le GaP. En choisissant le GaP comme matrice semi-conductrice, le MnP devient un candidat logique `a titre de compos´e ferromagn´etique dans le mat´eriau granulaire. En effet, le MnP est ferromagn´etique `a la temp´erature de la pi`ece et, de plus, il poss`ede une grande aniso- tropie magn´etocristalline. Cette anisotropie magn´etocristalline est comparable `a la pr´esence d’un champ magn´etique interne permanent tr`es fort `a l’int´erieur du MnP, ce qui est tr`es int´eressant du point de vue technologique. ´Egalement, le nombre d’´el´ements pr´esents dans le GaP:MnP est petit (un atome de Ga, un atome de Mn et un atome de P), ce qui diminue le niveau de complexit´e lors de la croissance de ces mat´eriaux granulaires.

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Evidemment, la nature mˆeme des inclusions ferromagn´etiques (MnP) va grandement influencer les propri´et´es magn´etiques. Par contre, il est l´egitime de se demander quel est l’effet de la matrice de GaP et de la taille des agr´egats de MnP sur les propri´et´es magn´etiques des nanoagr´egats. De plus, nous pouvons nous demander s’il y a une interaction entre les agr´egats qui joue un rˆole important sur les propri´et´es magn´etiques globales du GaP:MnP. ´Egalement, comprendre le lien entre la structure cristalline du mat´eriau granulaire et le comportement magn´etique est un ´el´ement important `a r´esoudre. [16] La r´eponse `a ces questions est une ´etape importante afin de pouvoir ´eventuellement modifier et contrˆoler leurs propri´et´es magn´etiques et ainsi les fonctionnalit´es.

Dans ce contexte, le d´eveloppement d’une m´ethodologie bas´ee sur la caract´erisation exp´erimentale et la mod´elisation des propri´et´es magn´etiques du GaP:MnP a ´et´e privil´egi´ee. Des techniques de caract´erisation magn´etique suffisamment sensibles doivent alors ˆetre uti- lis´ees afin de pouvoir mesurer les propri´et´es de ces mat´eriaux granulaires `a faible signal magn´etique. Une caract´erisation magn´etique `a l’aide de la spectroscopie de r´esonance ferro- magn´etique (ferromagnetic resonance, FMR) et de la magn´etom´etrie a donc ´et´e privil´egi´ee pour les raisons suivantes. La spectroscopie FMR est un outil puissant pour sonder le lien entre les propri´et´es structurales et magn´etiques des mat´eriaux. [21] Quant `a la ma- gn´etom´etrie, elle permet d’´etudier plusieurs aspects du comportement magn´etique quasi- statique, comme le renversement de l’aimantation. La compl´ementarit´e de ces deux m´ethodes exp´erimentales est donc tr`es int´eressante. Le d´eveloppement d’un mod`ele ph´enom´enologique, bas´e sur la contribution magn´etique `a l’´energie libre de Helmholtz, a ´et´e privil´egi´e pour

analyser le comportement magn´etique observ´e et d´eterminer l’origine physique des pro- pri´et´es magn´etiques. Une analyse des propri´et´es magn´etiques des ´echantillons bas´ee sur la m´ethodologie exp´erimentale et le mod`ele ph´enom´enologique a ensuite ´et´e r´ealis´ee pour d´eterminer l’effet des param`etres de croissance sur les propri´et´es magn´etiques, et en parti- culier, le lien entre les propri´et´es structurales et magn´etiques. Notons que la croissance des ´epicouches de GaP:MnP et la caract´erisation structurale et chimique des ´echantillons a ´et´e effectu´ee par Samuel Lambert-Milot, ´etudiant au doctorat `a l’´Ecole Polytechnique.

Pour rencontrer l’objectif g´en´eral, les objectifs sp´ecifiques suivants ont donc ´et´e d´efinis : – Mettre en oeuvre un spectrom`etre FMR `a tr`es haute sensibilit´e.

– D´evelopper une m´ethodologie exp´erimentale bas´ee sur des mesures de r´esonance fer- romagn´etique et de magn´etom´etrie pour caract´eriser le comportement magn´etique des ´echantillons de GaP:MnP.

– Mod´eliser le comportement magn´etique des ´epicouches de GaP:MnP afin d’´etablir un lien clair entre les propri´et´es magn´etiques et les caract´eristiques structurales.

– D´eterminer l’influence de certains param`etres de croissance sur le comportement ma- gn´etique des ´epicouches de GaP:MnP