Quelques mécanismes non conventionnels de l'effet Hall anormal

Unconventionnal mechanisms of the anomalous Hall effect

• Auteur / Autrice : Mathieu Taillefumier
• Direction : Claudine Lacroix, Patrick Bruno
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aharonov-Bohm, Effet

Mots clés libres

Effet Hall anormal

Phases de Berry

Mécanisme de chiralité de spin

Résumé

Ce manuscrit est divisé en trois parties distinctes. Les deux premières parties sont axées sur l'étude de quelques mécanismes intrinsèques de l'effet Hall anormal. Nous montrons notamment que la diffusion des porteurs de charge par des impuretés ou des défauts donne une contribution intrinsèque non négligeable à l'effet Hall anormal. Nous proposons ensuite une expérience, basée sur un réseau de nanocylindres magnétiques, placé au dessus d'un gaz d'électrons bidimensionnel, dans laquelle les contributions intrinsèques de l'effet Hall anormal sont clairement identifiables et contrôlables. Enfin, nous abordons le problème du mécanisme de chiralité de spin proposé pour expliquer l'effet Hall dans le composé pyrochlore Nd2Mo2O7. En utilisant un modèle de gaz sur réseau ainsi qu'une configuration magnétique non colinéaire (chirale), nous montrons que la conductivité transverse a une dépendance complexe par rapport à la chiralité de spin. La dernière partie de ce manuscrit est dédiée à l'étude de quelques propriétés des gaz d'électrons soumis à un champ magnétique inhomogène. Après un bref rappel sur la dynamique d'électron en présence d'un gradient de champ magnétique constant, nous abordons le problème d'un champ magnétique périodique spatialement. En calculant quelques états de Bloch aux points de haute symétrie, nous montrons qu'il existe des états pour lesquels les électrons sont localisés au voisinage des lignes de champ nul. Le calcul des courants de probabilité montre que ces états sont porteurs de courants permanents dont l'origine est liée aux inhomogénéités du champ magnétique au voisinages des lignes de champ nul.

This thesis is divided in three distinct parts. In the first and second parts, we speak about unconventional mechanisms of the Anomalous Hall Effect (AHE). The first part gives a short review of the conventional and unconventional mechanisms of the AHE (chapter 1). Chapter 2 is devoted to geometrical phases. The second part of this thesis answer to some questions about the AHE. The third chapter treats the role of impurities in intrinsic mechanism of the AHE. By calculating of the off-diagonal conductivity in the linear response theory for a model of 2DEG in presence of spin-orbit coupling, we obtained two contributions related to the diffusion of electrons by impurities of defaults but independent of the concentration of impurities. The second one is the Karplus and Luttinger term, which depends on the topology of the energy band. In the chapter 4, we propose an experimental setup based on 2DEG in presence of inhomogeneous magnetic field created by magnetic nanostructure. In this system, the Hall conductivity has discontinuous variations related to the topology of the magnetic field, which can be modified by applying an additional constant magnetic field. In the chapter 5, we study the spin chirality mechanism of the AHE on the kagome lattice and discuss the results of recent experiments on the pyrochlore compound Nd2Mo2O7. The last part of this thesis is devoted to electron dynamic in inhomogeneous magnetic field. The chapters 6 and 7 give a introduction of electrons dynamic in two dimensional periodic magnetic field. The last chapter is a study of electron dynamic in 2D periodic magnetic field. We find that it exists persistent currents related to localization of electrons around the regions where the magnetic field is canceling.