Tranport de spin dans des matériaux magnétiques en couches minces par simulations Monte Carlo

par Yann Magnin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Hung The Diep.

Le président du jury était Alphonse Finel.

Le jury était composé de Dominique Mouhanna.

Les rapporteurs étaient Jorge Linares, Abdelkader Kara.


  • Résumé

    Depuis le début du XX siècle, la thématique de transport a concentré l’attentionde nombreux chercheurs. L’objectif étant alors d’identifier et de comprendre lesdifférentes sources de diffusions prenant part à la résistivité de la matière. Les deuxpremières sources diffusives mises en évidence ont été les phonons dépendant de latempérature, et les défauts du réseau cristallin. Dans les années 1950, l’étude des semiconducteursa fait émerger une troisième source de diffusion, la diffusion magnétique.Dès la mise en évidence du rôle joué par le magnétisme sur la résistivité de certainsmatériaux, il a rapidement été établi que la résistivité magnétique R est tributaire dela stabilité de l’ordre magnétique du réseau. A basse température T, la diffusion desélectrons s’ opère par l e biais des ondes de spins. A haute température, R est proportionnelleaux corrélations spin-spin. Cependant, les mécanismes de diffusion ayant lieuau voisinage de la température de transition ordre/désordre magnétique restent encoremal comprise. L’objectif de cette thèse a consisté à étudier ce problème à l’aide d’uneapproche nouvelle basée sur la simulation Monte Carlo. En effet, les théories existantessont toutes construites avec des hypothèses sur les mécanismes à l’origine du comportementde résistance tels que : fonction corrélation spin-spin, longueur de localisation.Elles utilisent beaucoup d’approximations au cours du calcul telles que théorie du champmoyen, approximation du temps de relaxation, la portée des fonctions de corrélation. Lesprincipaux handicaps de ces théories sont de n’être valables que pour certaines gammesde températures, et d’être tributaires du type de magnétisme porté par les réseaux cristallins.Notre approche offre quant à elle une procédure unifiée concernant l’étude desrésistivités magnétiques fonction de la température. Cette méthode peut s’appliquer `atout type de matériaux, tout ordre magnétique (ferromagnétique, antiferromagnétique,ferrimagnétique, verre de spin, ...), tout type de modèle de spins (Ising, Heisenberg, XY,...), enfin tout type de réseau cristallin. Seule la connaissance du Hamiltonien permet defaire la simulation, et de reproduire des mesures expérimentales avec la possibilité d’unecomparaison quantitative.Dans un premier temps, nous traitons de structures ferromagnétiques et interprétons les différents mécanismes de diffusion en fonction de la température. Nousétendons ensuite l´étude aux systèmes antiferromagnétiques, frustrés et non-frustrés. Cessystèmes n’ont fait l’objet que de peu d’études. Dans le cas des systèmes antiferromagnétiques non-frustrés, nous sommes en mesure de contredire une prédiction théoriquefaite par Haas en 1968, concernant la forme de la résistance magnétique à la transition dephase . Dès lors, nous nous consacrerons à l’étude des mécanismes de transport dansdes systèmes antiferromagnétiques frustrés. Ces travaux ont permis de mettre en évidencedes comportements nouveaux des transitions de phases des résistances magnétiques : nousmontrons que ces résistances subissent une transition du premier ordre , mais qu’ilest également possible par le contrôle d’un paramètre du modèle, de choisir le sens de latransition : des hautes résistances vers les basses résistances ou inversement .Pour finir, nous confrontons nos résultats de simulations avec des mesures expérimentalesen réalisant une étude de transport sur un matériau semiconducteur antiferromagnétique :MnTe. Il résulte de cette étude un bon accord entre nos résultats de simulations et lesmesures expérimentales .

  • Titre traduit

    Study of spins transport mechanisms in magnetics thins films


  • Résumé

    ....


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