Domain Self-organization and Domain Wall Dynamics in the Ferromagnetic Semiconductor (Ga,Mn)(As,P)

par Sanaz Haghgou

Thèse de doctorat en Physique.Science des matériaux

Sous la direction de Catherine Gourdon.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Domaine auto-organisation et dynamique de paroi dans le semiconducteur ferromagnétique (Ga, Mn) (As, P)


  • Résumé

    GaMnAs est un système modèle pour les semiconducteurs ferromagnétiques dilués. Le ferromagnétisme résulte de l'interaction d'échange entre les spins des porteurs et des électrons 3d de Mn avec une constante d'échange Jpd. L’alliage phosphoré de GaMnAs est utilisé comme une nouvelle technique pour ajuster l'anisotropie magnétique. On obtient des couches à anisotropie perpendiculaire très homogènes. La constante de raideur de spin A et la dynamique de paroi de domaine sont étudiées en utilisant la microscopie Kerr. Dans GaMnAsP, en raison de la faible densité de défauts, les domaines magnétiques forment un motif auto-organisé. De sa période la constante A et l’énergie d’échange entre premiers voisins JMnMn sont déterminées. JMnMn est plus grand que dans GaMnAs. Ce résultat ainsi que la raideur des ondes de spin dans GaMnAsP pourrait indiquer que Jpd est plus grand dans GaMnAsP que dans GaMnAs. La dépendance en température de A est comparée aux prédictions théoriques. La dynamique de paroi de domaine sous champ est étudiée dans GaMnAsP et GaMnAs. Les courbes de vitesse s'écartent du modèle 1D théorique, montrant des pics de vitesse. Les simulations micromagnétiques reproduisent un pic de vitesse lorsque l'épaisseur de l'échantillon est plus grande que la longueur d'échange. La paroi de domaine subit une flexion et le vecteur aimantation une torsion dans l’épaisseur de la couche. Les deux montrent une résonance au pic de vitesse. L’augmentation de vitesse résulte de l’effet du champ de fuite des domaines adjacents sur la torsion de l'aimantation de la paroi à cette résonance. Un comportement non-linéaire est observé dans l'évolution temporelle de la flexion et de la torsion


  • Résumé

    GaMnAs is a model system for diluted ferromagnetic semiconductors. The origin of ferromagnetism is the exchange interaction between the carriers and the Mn 3d spins with exchange constant Jpd. The phosphorous alloying of GaMnAs is used as a novel practical technique to adjust the magnetic anisotropy. It provides layers with perpendicular anisotropy with high homogeneity. The spin-stiffness constant A is determined and the field-driven domain wall dynamics is investigated using Kerr microscopy. In GaMnAsP due to the low density of defects the magnetic domains form a self-organized pattern. From its period the spin-stiffness constant A and the first neighbor effective exchange energy JMnMn are determined. JMnMn is larger than in GaMnAs. This result along with the higher spin-wave stiffness in GaMnAsP might indicate that the Jpd value is higher in GaMnAsP than in GaMnAs. The temperature dependence of A is experimentally determined and compared to the theoretical predictions. The field-driven domain wall dynamics is studied in GaMnAsP and GaMnAs. The experimental velocity curves deviate from the theoretical 1D model, showing velocity peaks. Micromagnetic simulations indeed reproduce a velocity peak when the sample thickness is larger than the exchange length. The domain wall undergoes a flexion and the magnetization vector twists inside the domain wall. Both show a resonance at the velocity peak. The peak results from the effect of the stray field from the adjacent domains on the twisted magnetization of the wall. A non-linear behavior is observed in the temporal evolution of flexion and twist. The origin of this phenomenon calls for further analytical study

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Informations

  • Détails : 1 vol. (154 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-154. Ref. bibliogr. 98

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  • Cote : T Paris 6 2012 21
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