Détection de spins individuels dans les boîtes quantiques magnétiques

Single spin detection in magnetic quantum dots

• Auteur / Autrice : Yoan Léger
• Direction : Henri Mariette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Boîte quantique

Spin individuel

Semi-conducteurs magnétiques dilués

Interaction d'échange sp-d

Manipulation de spin

Micro-spectroscopie

Résumé

Nous avons étudié par micro-spectroscopie des boîtes quantiques de semiconducteurs II-VI contenant une impureté magnétique individuelle (atome de Mn). L'émission optique de ces systèmes est régie par les interactions entre les porteurs confinés et le spin Mn. Des expériences de magnéto-optique ont permis de déterminer les différents paramètres contrôlant ces interactions. L'analyse du spectre d'émission de certaine de ces boîtes quantiques magnétiques permet de détecter directement l'état de spin de l'impureté magnétique. Les conditions de cette détection sont fortement influencées par une anisotropie de forme de la boîte quantique étudiée ou la présence d'un champ de contraintes inhomogène dans l'échantillon. Les effets de ces phénomènes sur les propriétés optiques des boîtes ont été analysés en détail. Nous nous sommes également consacrés à l'étude des différents états de charges des boîtes quantiques magnétiques. Celle-ci révèle la possibilité de contrôler électriquement ou optiquement l'anisotropie magnétique de systèmes magnétiques nanoscopiques. Enfin, nous avons abordé l'étude de la dynamique de spin dans ces systèmes. Les fluctuations temporelles d'un spin individuel ont été mises en évidence en analysant la statistique des photons émis par une boîte quantique.

Using a micro-spectroscopy setup, we studied II-VI semiconductor quantum dots containing a single magnetic impurity (Mn atom). The emission of these systems is controlled by the interactions between the confined carriers and the Mn spin. The different parameters controlling these interactions were determined by magneto. Optical experiments. By analysing the emission spectrum of some of these magnetic quantum dots, we can detect directly the spin state of the magnetic impurity. The detection conditions are strongly influenced by the dot shape anisotropy or an inhomogeneous distribution of strains in the local environment of the dot. The effects of these phenomena were studied in details. We also studied the magneto-optical properties of the different charged states of magnetic quantum dots. This shows the possibility ta control electrically or optically the magnetic anisotropy of nanoscopic magnetic systems. Finally, we began ta study the dynamics of these systems. Single spin temporal fluctuations were pointed out by analysing the statistics of photons emitted by single magnetic quantum dots.