Anisotropie de magnéto-résistance de diodes tunnel ferromagnétiques zener-esaki p-GaMnAs/n-GaAs : spectroscopie des anisotropies de bandes de GaMnAs

par Edgar Briones

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Giancarlo Faini et de Romain Giraud.


  • Résumé

    GaMnAs est un semi-conducteur ferromagnétique dilué où l’interaction d’échange est induite par des porteurs délocalisés. Ces derniers sont souvent décrits par des états de Bloch dans la bande de valence, malgré une controverse sur l’influence d’une mini-bande d’impuretés Mn. Une connaissance plus précise de la structure de bandes reste nécessaire pour déterminer à la fois la position du niveau de Fermi et la nature exacte des anisotropies magnétiques, encore mal connues. Nous avons étudié l’anisotropie de magnétorésistance en régime tunnel (TAMR) de diodes Zener-Esaki p++-GaMnAs/n+-GaAs, reliée aux anisotropies de la structure de bandes de GaMnAs. Le transport tunnel inter-bandes permet de réaliser la spectroscopie électrique de la TAMR, résolue en énergie ou en impulsion. La comparaison de la dépendance en énergie des anisotropies cubique et uniaxiales montrent que le niveau de Fermi se trouve loin du haut de la bande de valence, et non piégé dans la minibande, et que les bandes de trous ont des contributions opposées à la TAMR, en accord qualitatif avec des calculs k. P. De plus, la dépendance en énergie de l’anisotropie uniaxiale planaire précise son lien avec la mini-bande d’impuretés Mn. La spectroscopie résolue en impulsion révèle aussi les effets de structure de bandes et de filtrage des états de Bloch, mais ne permet pas de déterminer les courbes de dispersion (transport multi-bandes et à 3D). Des résultats préliminaires offrent des perspectives d’études sur la spectroscopie de TAMR réalisée par effet tunnel résonant via un niveau d’énergie d’un puits quantique, mais aussi sur l’utilisation de la TAMR comme sonde du nanomagnétisme de plots individuels de GaMnAs

  • Titre traduit

    Tunnelinf anisotropic magnetoresistance of ferromagnetic p-gamnas/n-gaas : spectroscopy of gamnas band’s anisotropies


  • Résumé

    Ferromagnetism in highly-doped diluted magnetic semiconductor GaMnAs is mediated by delocalized carriers. Those are often described as Bloch states in the valence band of GaMnAs in presence of an exchange interaction. Nevertheless, the exact role of the Mn-impurity band overlapping the valence band is still under debate. A better knowledge of the exact band structure is still necessary to determine the actual Fermi level position, as well as to fully understand the true nature of bands anisotropies (valence bands, imurity band). We investigate the tunneling anisotropic magnetoresistance (TAMR) in ferromagnetic tunnel diodes p++-GaMnAs/n+-GaAs. Inter-band tunneling allows us to carry out the electrical spectroscopy of the TAMR, both in energy or impulse space. The comparison in the energy dependence of the cubic and uni-axial anisotropies suggests that the Fermi level is not pinned in the impurity band but lies deep into the valence band. The results further reveal the opposite contributions of different valence bands to TAMR, in qualitative agreement with k. P calculations, as well as an additional contribution to the in-plane uniaxial anisotropy due to the impurity band. Besides, spectroscopy in momentum space shows an enhancement of TAMR due to Bloch’s states impulse filtering. Nevertheless, multi-bands tunnel spectroscopy of delocalized states in 3D space does not allow to determine the curves of dispersion. Preliminary results on the electrical spectroscopy of TAMR using resonant tunnelling through energy levels of a quantum well are also shown, as well as others on the use of TAMR to study nanomagnetism of an individual GaMnAs nanodot.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (185 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 177-185

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)74
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