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Browsing Département de Physique by Author "Amrouche, Teyri"

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    Contrôle et manipulation du magnétisme de nano-systèmes ferromagnétiques
    (Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2019) Amrouche, Teyri
    I. Table des figures i II. Introduction génerale 1 I. Chapitre I : Elaboration des couches minces Fe-N 4 I. 1 LE SYSTEME FE-N : PROPRIETES 5 I. 1. 1. L’alliage Fe-N à l’état massif 5 I. 1. 1. 1. La ferrite ou fer α 5 I. 1. 1. 2. L’austénite ou fer γ 6 I. 1. 1. 3. La martensite 6 I. 1. 1. 3. 1. Effet de l’azote sur la morphologie de la martensite 7 I. 1. 1. 3. 2. Effet de l’azote sur les paramètres de maille de la martensite 7 I. 1. 1. 4. Les nitrures 7 I. 1. 1. 4. 1. Le nitrure γ’ - Fe4N 7 I. 1. 1. 4. 2. Le nitrure Ɛ 8 I. 1. 1. 4. 3. Le nitrure ζ 8 I. 1. 2. Le système Fe-N en couche mince 9 I. 1. 2. 1. L’élaboration en Epitaxie par Jet Moléculaire (EJM) 9 I. 1. 2. 2. Description du bâti 9 Préparation des échantillons pour la croissance 10 I. 1. 2. 2. 1. Croissance de α-Fe par EJM 10 I. 1. 2. 3. Implantation ionique d’azote dans une cible en α-Fe 11 I. 1. 2. 3. 1. Présentation du procédé d’implantation d’ion N2+ 11 I. 1. 2. 3. 2. Interactions entre les ions implantés et le matériau 12 I. 1. 2. 3. 3. Condition d’implantation 13 II. Chapitre II : Etude des propriétés structurales du système Fe-N 16 II. 1. CARACTERISATION PAR DIFFRACTION DES RAYON X 16 II. 1. 1. Découvert et production des rayons X (RX) 16 II. 1. 2. Principe des mesures de diffraction des RX : Loi de Bragg 18 II. 1. 3. Analyse qualitative des phases cristallines 19 II. 1. 4. Aspect expérimental : Appareillage 19 II. 1. 5. Résultats DRX : Echantillon en croissance 20 II. 1. 6. Résultats DRX : l’échantillon implanté en azote 21 II. 2. ACCELERATEUR DE PARTICULES : SYSTEME D’ANALYSE PAR FAISCEAU D’IONS RAPIDES (SAFIR). 23 II. 2. 1. Accélérateur de particule Van de Graaf 23 II. 2. 1. 1. Principe de l’accélérateur Van De Graaf 24 II. 2. 2. Analyse par Spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS) 25 II. 2. 2. 1. Principe de la RBS 25 II. 2. 2. 1. 1. Rétrodiffusion d’une particule incidente à une profondeur 26 II. 2. 3. Analyse de détection de recul élastique (ERDA) 29 II. 2. 3. 1. Principe de l’Analyse de détection de recul élastique (ERDA) 29 II. 2. 3. 2. Appareillage et exploitation des données 30 II. 2. 3. 3. Distribution d'azote 32 II. 2. 3. 3. 1. Profil simulé 32 II. 2. 3. 3. 2. Profils expérimentaux 33 III. Chapitre III: Semi-Conducteur Magnétique Dilué, GaMnAsP irradié à l’hélium 36 III. 1. SEMI-CONDUCTEUR MAGNETIQUE DILUE 37 III. 1. 1. Structure cristallographique 37 III. 1. 2. Condition de croissance de GaMnAsP 37 III. 1. 3. Configuration électronique de l’ion Mn 38 III. 1. 4. Origine du ferromagnétisme 39 III. 1. 5. Anisotropie magnétique dans le GaMnAs 40 III. 2. L’IRRADIATION IONIQUE 41 III. 2. 1. Principe de l’irradiation ionique 41 III. 2. 2. Résultats et échantillons obtenus 41 III. 3. SPINTRONIQUE 42 III. 3. 1. Magnétorésistance géante MRG : Application de la spintronique 43 IV. Chapitre IV : Etude des propriétés magnétiques des systèmes Fe-N et GaMnAsP-He 44 IV. 1. LES MATERIAUX FERROMAGNETIQUES 44 IV. 1. 1. Interaction d’échange 45 IV. 1. 2. Champ cristallin 45 IV. 1. 3. Couplage spin-orbite 46 IV. 2. LES ANISOTROPIES MAGNETIQUES 46 IV. 2. 1. Anisotropie magnéto-cristalline 46 IV. 2. 2. Anisotropie de forme 47 IV. 3. LE MAGNETOMETRE A ECHANTILLON VIBRANT (VIBRATING SAMPLE MAGNETOMETER VSM) 47 IV. 3. 1. Compréhension d’un cycle hystérésis 48 IV. 3. 2. Mesures de l’aimantation en fonction du champ magnétique appliqué de Fe-N 50 IV. 3. 2. 1. Paramètres magnétiques obtenus 52 IV. 3. 3. Mesures de l’aimantation du GaMnAsP-He 53 IV. 3. 3. 1. Aimantation en fonction de la température : 54 IV. 3. 3. 2. Aimantation en fonction du champ magnétique appliqué : 55 IV. 4. LA RESONANCE FERROMAGNETIQUE (RFM) 57 IV. 4. 1. Aspect théorique 57 IV. 4. 1. 1. Principe de la RFM 57 IV. 4. 1. 2. Traduction quantique de la RFM, l’effet Zeeman 57 IV. 4. 1. 3. Champ démagnétisant 58 IV. 4. 1. 4. Les équations utilisées 59 IV. 4. 1. 4. 1. Equation du mouvement de l’aimantation 59 IV. 4. 1. 4. 2. Densité d’énergie libre 59 IV. 4. 1. 5. Les constantes d’anisotropie magnétiques 60 IV. 4. 1. 6. Fréquence de résonance ferromagnétique 61 IV. 4. 1. 7. Dispositif expérimental 62 IV. 4. 2. Résultats obtenus sur Fe-N 65 IV. 4. 2. 1. Spectres de résonance ferromagnétique 65 IV. 4. 2. 2. Variation angulaire 69 IV. 4. 2. 2. 1. Variation angulaire dans le plan 69 IV. 4. 2. 2. 2. Variation angulaire dans le plan 71 IV. 4. 2. 3. Aimantation à saturation simulées 72 IV. 4. 2. 4. Anisotropie magnétique 72 IV. 4. 2. 4. 1. Anisotropies magnétiques cubiques 73 IV. 4. 2. 4. 2. Anisotropie magnétique uni-axiale dans le plan 74 IV. 4. 2. 4. 3. Anisotropie magnétique uni-axiale perpendiculaire 74 IV. 4. 3. Résultats obtenus sur GaMnAsP-He 76 IV. 4. 3. 1. Variation angulaire 77 IV. 4. 3. 1. 1. Variation angulaire de l’échantillon référence 77 IV. 4. 3. 1. 2. Variation angulaire de l’échantillon irradié 1E13 79 IV. 4. 3. 1. 3. Variation angulaire de l’échantillon irradié 2E13 81 IV. 4. 3. 2. Champ de résonance en fonction de la température 82 IV. 4. 3. 3. Anisotropie magnétique 84 IV. 4. 3. 3. Surfaces d'énergie libre……………………………………………………………………….………………………85 V. Conclusion 88 VI. Références bibliographiques 90 VII. Résumé 95 VIII. Abstract 96 Sujet : Contrôle et manipulation du magnétisme de nano-systèmes ferromagnétiques I. Résumé Afin d'illustrer la forte influence des paramètres contrôlant l’anisotropie magnétique induite par le couplage spin-orbite et des contraintes épitaxiales, nous avons étudié par Spectroscopie de Résonance Ferromagnétique (RFM) les propriétés magnétiques de nano-systèmes, dont l’anisotropie magnétique peut être contrôlée et abaissée de façon à être sensible à des sollicitations magnétiques.Notre travail de thèse a été consacré à l’étude de deux systèmes ferromagnétiques à savoir : - Les couches minces martensites azotés (Fe-N). - les Semi-conducteurs Magnétiques Dilués (DMS) le (GaAsMnP) irradié à hélium. Cette thèse a été réalisée en collaboration avec l’Institut des Nano-Sciences de Paris (INSP). La première partie de notre travail de thèse est consacrée à l’étude des couches minces martensites azotés (Fe-N) Pour une implantation de N2+ à 26 keV pour des fluences allant de (1.8x10 16 à 3.5x10 16) N2+ / cm 2 et à une énergie de 40 keV avec une fluence de 5.3x10 16 N2+ / cm 2. Dans un premier temps nous avons fait une étude structurale, à l’aide de la Diffractométrie des Rayons X (DRX) pour la détermination des phases présentent dans nos échantillons et la Spectroscopie de Rétrodiffusion de Rutherford (RBS) ainsi que l'analyse de détection de recul élastique (ERDA) pour la détermination de la distribution en profondeur de la concentration d’azote dans Fe-N ainsi que l’épaisseur des couches. Ensuite nous avons effectué une étude des propriétés magnétiques avec le magnétomètre à échantillon vibrant (VSM) et la Résonance FerroMagnétique (RFM) en fonction de la teneur en azote (N). Nous avons observé une augmentation monotone de l'anisotropie magnétique perpendiculaire avec une valeur maximale de 4.9 x 106erg / cm3qui peut provenir de l’anisotropie magnétocristalline des phases α ' Fe-N. La seconde partie de notre travail a porté sur l’étude des propriétés magnétiques du GaMnAsP_He, en utilisant le VSM et la RFM. L’anisotropie magnétique uni-axiale de GaMnAsP est modifiée par irradiation aux ions hélium. Selon les paramètres micromagnétiques, tels que les champs de résonance et les constantes d'anisotropie déduits des mesures de RFM permettent d'obtenir une rotation de l'axe de facile aimantation de la direction hors du plan [001] à la direction dans le plan [100]. En accord avec le modèle p-d Zener, la commutation d'anisotropie magnétique est attribuée à la compensation de trous induite par l'irradiation. Les résultats présentés montrent que l’irradiation aux ions est un moyen efficace d’ajuster l’anisotropie magnétique dans les semi-conducteurs magnétiques dilués. Mots clés: Anisotropie magnétique perpendiculaire, fer, implantation d’azote, ferromagnétiquerésonance. Subject: Control and manipulation of magnetism of ferromagnetic nano-systems II. Abstract To illustrate the strong influence of the parameters controlling the induced magnetic anisotropy by spin-orbit coupling, we studied by Ferromagnetic resonance spectroscopy (FMR), magnetic properties of nano-systems, including magnetic anisotropy can be controlled and lowered so as to be sensitive to stresses magnetic. Our thesis work was devoted to the study of two systems ferromagnetics: - Nitrogen-martensite thin films (Fe-N). - Dilute Magnetic Semiconductors (DMS) (GaAsMnP) irradiated with helium. This thesis was realized in collaboration with the Institute of Nano-Sciences of Paris (INSP). In the first part of our thesis, we have investigated the properties of nitrogen implanted epitaxial Fe films. For an implantation of N 2+ at 26 keV for fluences 1.8x10 16 N 2+ / cm 2to 3.5x10 16N 2+ / cm 2and at an energy of 40 keV with a fluence of 5.3x10 16 N 2+ / cm 2 .At first we made a structural study, using the X-ray diffraction (XRD)to determine the phases present in our samples and by Rutherford backscattering spectrometry(RBS) as well as Elastic Recoil Detection Analysis(ERDA) for determining the depth distribution of the concentration of nitrogen in Fe -N as well as the thickness of the layers.Then we carried out a study of the magnetic properties with the vibrating sample magnetometer (VSM) and the FerroMagnetic Resonance (RFM) as a function of the nitrogen (N) content.We have observed a monotonic increase of the perpendicular magnetic anisotropy with a maximum value of 4.9 × 10 -6 erg / cm 3which can come from the magnetocrystalline anisotropyα 'Fe-N phases. The second part of our work focused on the study of the magnetic properties of GaMnAsP-He, using FMR. The uniaxial magnetic anisotropy of GaMnAsP is modified by helium ion irradiation. According to the micro-magnetic parameters, e.g. resonance fields and anisotropy constants deduced from FRM measurements, a rotation of the magnetic easy axis from out-of-plane [001] to in-plane [100] direction is achieved. In agreement with the p-d Zener model, the magnetic anisotropy switching is ascribed to the irradiation induced hole compensation. The presenting results show that ion irradiation is an effective way to tune the magnetic anisotropy in dilute magnetic semiconductors.