Etude des propriétés des magnétotransport de (Ge, Mn) : semiconducteur ferromagnétique sur GaAs (001) pour l'électronique de spin

par Ing-Song Yu

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Joël Cibert et de Hung-Hsiang Cheng.

Soutenue en 2010

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) .


  • Résumé

    En utilisant l'épitaxie par jets moléculaires à basse température. DOUS avons élaboré des couches de (Ge,Mn), contenant des nanœstructure ferromagnétiques, sur deux types de substrats GaAs d'orienlation (001): des substrats GaAs" epiready,. (échantillons" Ga-GeMn "), et des substral1; encapsulés par de l'arsenic amorpbe(échantillons " As--GeMn »). Dans les échantillons Ga-OeMn. Nous obtenons la formation de nanocolonnes riches en Mn: celles-ci sont parallèles entre elles, ou enchevétrées, suivant la morphologie de surface initiale. Les mesures de magnétométrie tévèlentdeux phases magnétiques: les nanocolonnes fcnomagnétiques avec une température de Curie de 150 K. Et la matrice de germanium, rendue paramagnétique par la présence de Mn dilué. Les mesures de magnétotransport montrent que ces couches sont de type p, et révèlent un l'eff~t Hall anormal (AME) et plusieurs contributions à la magnétorésistance: une magnétorésistance géante négative, à basse température, la magnétorésistante orbitale, parabolique, et une contribution supplémentaire à faible champ. Un calcul des propriétés de magnélolransport a été commencé en s'appuyant sur des hypothèses de la structure de bande entre let> inclusions riches en Mn et la matrice semiconductrice de type p : celui-ci montre que la présence d'AHE dans les inclusions donne naissance à un ARE sur tout l'échantillon, mais aussi à un mécanisme de magnélorésistance qui rend compte de cette contribution (qucnous appelons magnétorésistance Hall). Dans les échantillons A5-GeMn,la diffusion de l'arsenic change le mode de croissance, avec une décomposition spinodale qui perd son caractère bidimensionnel pour devenir tridimensionnelle, avec la formation d'agrégats riches en Mn (température de Curie de l'ordre deSO K) et d'agrégats de la phase ferromagnétique connue Qe. . Mns. La compensation entre Mn (accepteur) et As (donneur) gouverne les propriétés de transport. Dans les couches de type n, une forte anisotropie de la magnétorésistance est observée, dont nous monlrons qu'elle est due à des effet de localisation faible. Une aulre contribution à la magnétorésistance est observée, que nous suggérons d'attribuer à une magnétorésÎstancc tunnel à travers la jonction Schottky qui se forme à l'interface entre les inclusions riches en Mn, qui sont métalliques, et le semiconducteur Ge de typen.

  • Titre traduit

    Magnetotransport properties of (Ge, Mn) ferromagnetic semiconductor grown on GaAs (001)


  • Résumé

    By low temperature Molecular Bearn Epilaxy (MBE), (Ge,Mn) thin films with ferromagnetic nanostructures are grown on (Wo lypes of GaAs substrates: epiready GaAs(OOl) (Ga-GeMn) and GaAs(OOl) with amorphous As capping layer (As--GeMn). = ln the Ga-GeMn samples, we observe self-organized Mn-ricb nanocolumns whicb, depending on the initial surface morphology. Are either parallel or entangled. Magneûc measurements evid~nce two magnetic phases: ferromagnetic nanocolumns with Curie temperature(fc) around 150K, and the Ge matrix made paramagneûc by diluted Mn. From measurements of magnetotransport, Ibis potype layer exhibilS anomalous Hall effect (AHE) and various magnetoresistivity (MR): neg;alive Qiant MR atlow temperature, parabolic ordinal)' MR, and an additional positive MR slow field. The simulation of magnetotransport properties has boen initiated, witb sorne assumptions on the energy-band diagram of p-type Ge semiconductor and Mn-nch nanocolumns, and shows how ARE in the inclusions induces ARE in the whole layer, and a mechalÛsm of MR which accounts fu this contribution (whicb we cali Hall MR). Ln the As-GeMn samples, the outdiffusion of As atoms cbanges the growtb mechanism, from a 2-dimention spinodal decomposition to a 3-dimention one with the formation of nanoprecipitates with Tc=50K and offerromagnetic G~Mns cJusters. Compensation effect between Mn (donor) and As (acceptor) dominates the transport behaviors. A bighly anisotropic MR is observed in n-type (Ge,Mn) films and shown to be due to weak localization effects. Another contribution is tentativelyattributed to tunneling MR due to the Schottky barrier, which fonns at the interface between Ihe rncrallic Mn-rich inclusions and the n-type Ge semiconductor.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (101 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 80 réf.

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  • Cote : TS10/GRE1/0125/D
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