A 3 K, les couches 93L06-ag (non recuite) et 93L06-a (recuite) pr´esentent des cycles d’hyst´er´esis tr`es similaires. Leur forme carr´ee est caract´eristique d’une anisotropie uniaxiale : l’axe de facile aimantation est perpendiculaire au plan des couches. Les champs coercitifs, tr`es voisins pour les deux couches, sont d’environ 15 mT. En augmentant la temp´erature, l’amplitude du signal MOKE et la largeur des cycles d´ecroissent mais les cycles d’hyst´er´esis conservent leur forme carr´ee jusqu’`a la temp´erature de Curie.
Si le recuit n’a pas d’effet notable sur les cycles d’hyst´er´esis de la couche 93L06 il en va autrement pour les couches 25M05. En effet, la couche 25M05-ag se distingue de mani`ere originale puisqu’elle pr´esente deux types d’anisotropie suivant la temp´erature. Comme le montre la figure 3.4, `
a 3 K le cycle d’hyst´er´esis comporte 2 lobes. Comme nous le verrons par la suite, les images Kerr montrent qu’`a champ nul l’aimantation est dans le plan de la couche. La couche 25M05-ag poss`ede alors une anisotropie planaire. Cette anisotropie est relativement faible car un champ magn´etique d’une trentaine de mT suffit `a redresser l’aimantation hors du plan. En augmentant la temp´erature, l’axe de facile aimantation bascule progressivement hors du plan et le cycle d’hyst´er´esis devient carr´e. `A partir de 30 K et jusqu’`a TC, le cycle d’hyst´er´esis est carr´e et l’anisotropie perpendiculaire. Apr`es recuit la couche 25M05 retrouve un comportement plus classique, ses cycles d’hyst´er´esis, carr´es quelle que soit T , t´emoignent d’une anisotropie perpendiculaire `a toutes temp´eratures T < Tc. Le recuit a donc fortement renforc´e l’anisotropie perpendiculaire. Ce r´esultat est en accord qualitatif avec les calculs de Dietl et al. [23], qui pr´evoient une augmentation des constantes d’ani-sotropie avec l’augmentation de la densit´e de porteurs ; or nous avons vu qu’un recuit avait pour effet une augmentation de la densit´e de porteurs.
Une comparaison entre les couches 25M05-ag et 93L06-ag montre que la couche 93L06-ag a une plus forte anisotropie perpendiculaire. L`a encore, ce constat concorde avec les pr´edictions de Dietl. Ses calculs pr´evoient une augmentation des constantes d’anisotropie avec l’augmentation des contraintes, `a densit´e de porteurs constante. Comme les deux couches ont des TC et des r´esistivit´es voisines, on peut faire l’hypoth`ese que leurs densit´es de porteurs sont proches. Or les couches 93L06 et 25M05 sont d´epos´ees respectivement sur des couches de GaInAs contenant 16% et 9% d’indium. La couche 93L06-ag subit donc des contraintes plus importantes que la couche 25M05-ag, d’o`u son anisotropie perpendiculaire plus forte.
3.3 Topographie de surface
La topographie de surface des couches magn´etiques influe parfois grandement sur la forme des domaines magn´etiques [54] [57], surtout lorsque les couches magn´etiques sont minces. Des mesures de microscopie `a force atomique (AFM) ont donc ´et´e effectu´ees afin de caract´eriser les topographies de surface des ´echantillons ´etudi´es. Les images obtenues pour les ´echantillons 25M05 recuit et non recuit sont pr´esent´ees dans la figure 3.5 (la topographie des ´echantillons 93L06 est tr`es semblable). L’AFM utilis´e pour ces mesures est un Veeco Nanoscope 3100.
Les images mettent en ´evidence l’existence de variations de hauteur formant un quadrillage align´e suivant les directions cristallographiques h110i. Ce type de topographie est appel´e “cross-hatch”. Le “cross-hatch” n’est pas intrins`eque aux couches de GaMnAs, il provient de la couche tampon de GaInAs qui est elle mˆeme ondul´ee. La couche de GaMnAs ne fait qu’en ´epouser les ondulations. Ce type de topographie est couramment rencontr´e dans des h´et´erostructures fortement contraintes, comme c’est le cas ici avec la couche tampon de GaInAs d´epos´ee sur un substrat de GaAs. L’important d´esaccord de param`etre de maille entre les deux couches est `a l’origine de la
-60 -40 -20 0 20 40 60 M O K E S I G N A L ( a r b . u n i t s) 0 H (mT) T = 3 K 93L06-ag 93L06-a
Fig. 3.3: Cycles d’hyst´er´esis des couches 93L06-ag (pointill´es) et 93L06-a (courbe continue) `a 3 K.
-60 -40 -20 0 20 40 60 M O K E S I G N A L ( a r b . u n i t s ) 0 H (mT) 25M05-ag 3 K 17 K 30 K -20 -10 0 10 20 25M05-a 3.3 K 60 K 100 K M O K E S I G N A L ( a r b . u n i t s ) 0 H (mT)
Fig. 3.4: Cycles d’hyst´er´esis de la couche non recuite 25M05-ag `a 3, 17 et 30 K (gauche), et de la couche recuite 25M05-a `a 3, 60 et 100 K (droite).
Fig. 3.5: Topographie de surface de la couche 25M05 recuite (`a droite) et non recuite (`a gauche). L’´echelle d’altitude est gradu´ee en nanom`etre.
formation de dislocations dans la couche de (Ga,In)As qui se propagent dans des plans atomiques {111}. Le glissement de ces dislocations aboutit `a la cr´eation de nombreuses marches atomiques de surface orient´ees suivant les directions h110i. Les ondulations observ´ees sur la figure 3.5 r´esultent de la croissance de la couche de (Ga,Mn)As sur ces marches atomiques. Les d´etails sur les m´ecanismes de formations de ces ondulations peuvent ˆetre trouv´ees en [58] et [59].
Le “cross-hatch” est pr´esent aussi bien sur la couche non recuite que sur la couche recuite et poss`ede les mˆemes caract´eristiques d’amplitude et de pseudo-p´eriode ; le recuit n’a donc aucun effet sur le “cross-hatch”. C’est tout `a fait logique car un recuit `a basse temp´erature (≈ 200 ❽), s’il permet de petits r´earrangements atomiques, ne permet absolument pas de restructurer de grands d´efauts cristallins tels que des dislocations.
Pour les ´echantillons 25M05, l’amplitude typique des ondulations est 1 `a 2 nm et leur espa-cement 1 `a 2 ➭m. Pour les ´echantillons 93L06, le “cross-hatch” est plus marqu´e, les ondulations atteignent 5 `a 12 nm d’amplitude pour un espacement de 1 `a 2 ➭m. Cet effet plus marqu´e est `a mettre sur le compte de la concentration en indium, plus importante pour les ´echantillons 93L06 (16 %) que pour les ´echantillons 25M05 (9,8 %). Plus la concentration en indium est importante, plus les contraintes sont fortes. La densit´e des dislocations et donc des marches atomiques `a la surface de la couche de (Ga,In)As augmente. Il en r´esulte des ondulations d’amplitude plus ´elev´ees pour la couche de GaMnAs.
Remarque : le “cross-hatch” des couches 93L06 pr´esente une l´eg`ere dissym´etrie entre les directions [110] et [1¯10]. Elle est li´ee `a la formation de dislocations de type α et β poss´edant chacune des propri´et´es l´eg`erement diff´erentes (voir [60] pour plus de d´etails).