Academic literature on the topic 'Gigantesque Magnétorésistance et Effet Hall'

Cette thèse présente l’étude des propriétés électroniques et de transitions de phases de deux dichalcogénures de métaux de transition en couches fines : WTe2 et MoTe2. L’intérêt de ces matériaux réside dans leurs phases métastables à température et pression ambiantes, 1T’ et Td, les classant dans les semi-métaux de Weyl. Grâce à un échange réalisé à IISER Pune en Inde, nous avons pu synthétiser des monocristaux de 2H-MoTe2, 1T’-MoTe2 et Td-WTe2 par transport chimique en phase vapeur (CVT). Ces cristaux d’une grande qualité ont pu être caractérisés par DRX, MEB-EDX et spectroscopie Raman. Nous avons ensuite exfolié ces derniers par la méthode de collage anodique propre à notre laboratoire pour les caractériser en couches minces, puis mettre en place des dispositifs de mesure de transport grâce à l’évaporation de contacts en Or. Dans le contexte de pluralité de phases stables et métastables des dichalcogénures de métaux de transition, l’étude des transitions entre ces phases est très intéressante. Nous présentons la transition en température 1T’-Td dans MoTe2 et observons l’impact de l’épaisseur sur la température de transition, pouvant ainsi établir un diagramme de phase. Également, nous prouvons l’absence de transition 2H-1T’ et de sa réversibilité dans une monocouche de MoTe2 induite purement par dopage électrostatique, revendiquée dans des travaux récents. Cette transition, de la phase semi-conductrice vers la phase semi-métallique, présente un fort potentiel d’application dans le domaine des nanotechnologies comme switch électronique. Nous mettons en évidence, grâce à une expérience de dopage par charge d’espace fort et de mesure par spectroscopie Raman, le rôle de la migration du Tellure et de la création de lacunes dans cette transition. Nous avons également mesuré les propriétés de transport (magnétorésistance et effet Hall) de différente épaisseur de couches de Td-WTe2. Grâce à l’ajustement des paramètres d’un modèle à deux porteurs, nous avons déterminé les densités de porteurs ainsi que leurs mobilités et avons relié nos résultats à la théorie des semi-métaux compensés responsable de la gigantesque magnétorésistance de ce matériau. Ces expériences mettent en évidence le comportement plus résistif des couches les plus fines accompagné d’anti-localisation faible à basse température, tandis que les couches les plus épaisses sont plus conductrices et présentent des oscillations quantiques Shubnikov-de Haas à fort champ magnétique
This work presents the study of phase transitions and electronic properties of two transition metal dichalcogenides: WTe2 and MoTe2. The relevance of those materials lies in its two metastable phases at ambient pressure and temperature, 1T’ and Td, classifying them as Weyl semi-metals. We had the chance to synthesize 2H-MoTe2, 1T’-MoTe2 and Td-WTe2 monocrystals by chemical vapour transport during an exchange at IISER Pune in India. High quality resulting crystals were characterized by XRD, SEM-EDX and Raman spectroscopy. Then we could exfoliate it by the anodic bonding method proper to our laboratory, characterize their 2D form and build electronic measurement devices by gold contact deposition. In the context of multiple transition metal dichalcogenides stable and metastable phases, the study of the transitions between those phases is very interesting. We first present 1T’ to Td temperature induced phase transition in MoTe2 and observe the impact of layer thickness on transition temperature and establish a phase diagram. Then, we prove the absence of 2H to 1T’ transition and its reversibility in a MoTe2 monolayer purely induced by electrostatic doping, claimed by recent works. This transition, from semi-conductive to semi-metallic phase is likely predicted for applications in nanotechnologies as an electronic switch. Through space charge doping and Raman spectroscopy experiment, we highlight the role of Tellurium migration and the creation of vacancies in this transition. We also measured Td-WTe2 transport properties (magnetoresistance and Hall effect) of various layer thicknesses. Through a two band model parameters adjustment, we could determine carriers densities and mobilities and relate them to compensated semi-metal theory responsible of Giant Magnetoresistance response of this material. Those experiments could highlight the more insulating behaviour of thinner layers and the presence of weak anti-localization at low temperature, whereas the thinner layers are more conductive and exhibits Shubnikov-de Haas quantum oscillations at high magnetic field

Les conducteurs composites sont constitués d'hétérogénéités microscopiques mais apparaissent comme homogènes à l'échelle macroscopique. La description de leur comportement nécessite l'homogénéisation des équations de conduction régissant chacune de leurs phases. Cette thèse s'intéresse à certaines lois effectives pour les conducteurs composites en présence d'un champ magnétique constant. Dans le premier chapitre, on rappelle quelques résultats d'électrophysique (effet Hall, magnétorésistance) et de la théorie de l'homogénéisation (H-convergence) ainsi que son extension à des problèmes à forte conductivité. Dans le chapitre deux, on étudie l'effet Hall dans des composites bidimensionnels à deux phases très contrastées et on compare le résultat d'homogénéisation à celui obtenu avec une structure fibrée renforcée. Le troisième chapitre généralise ce cas particulier et étend la loi comportementale obtenue à des matériaux cylindriques non périodiques sans hypothèse géométrique sur leur section. Les chapitres deux et trois soulignent des différences importantes entre la dimension deux et la dimension trois au niveau des problèmes de conduction à fort contraste. Un quatrième chapitre est consacré à l'étude de la magnétorésistance en dimension trois et met en avant une forte interaction entre la direction du champ magnétique et l'énergie dissipée dans le matériau complétant ainsi un résultat antérieur en dimension deux.

Ce travail est une contribution a l'etude du magnetisme anormal des alliages ce#1##xla#xru#2si#2, depuis le regime fermions lourds existant dans ceru#2si#2 pur jusqu'aux phenomenes de type effet kondo d'impuretes independantes observes dans les alliages fortement dilues en cerium. Il repose sur un ensemble de mesures de transport electrique realisees sur monocristaux: resistivite t (0,02t300 k), constante de hall r#ht (1,5t300 k), magnetoresistance h et tension de hall v#hh entre 0 et 8 t (1,5t7 k). Ceru#2si#2 presente un effet hall anormal, du aux asymetries de diffusion des electrons de conduction sur les sites magnetiques, qui se caracterise par des valeurs positives elevees de r#h. En appliquant des pressions hydrostatiques jusqu'a 10 kbar, nous avons constate une decroissance du terme en t#2 dans le regime liquide de fermi et un deplacement du maximum de r#ht vers les hautes temperatures. Ce comportement est compare aux effets observes anterieurement sur la resistivite et la susceptibilite dans la meme gamme de pression, et discute dans le cadre des modeles existants. La substitution du lanthane au cerium, en detruisant les effets de coherence a basse temperature, induit une tres forme augmentation de r#ht0. Elle a egalement pour effet d'abaisser la temperature caracteristique des fluctuations de spins et d'augmenter la portee des interactions magnetiques intersites, permettant ainsi le developpement d'une structure antiferromagnetique modulee a partir de x0,08. L'apparition de l'ordre se traduit sur les courbes t par la presence, au voisinage de t#n, d'anomalies dont la nature varie suivant la concentration. Pour 0,2x0,7, on observe en outre un changement de pente aux environs de 2 k qui peut etre relie a une augmentation de l'harmonique 3 de la modulation des moments magnetiques. A l'etat dilue, les ions de cerium se comportent essentiellement co

Le sujet des matériaux et des dispositifs intégrés de type Silicium-sur-Isolant (SOI) est particulièrement sensible et compétitif dans l’arène de la microélectronique. Cette thèse comporte deux parties principales. La première est la caractérisation électrique des structures SOI en cours d’adoption par l’industrie micro- et nano-électronique. On a exploré les propriétés des matériaux SOI très minces et GeOI contribuant à l’optimisation technologique. La deuxième partie porte sur la modification de l’architecture classique du SOI par l’incorporation de films semiconducteurs et de diélectriques enterrés novateurs. On a étudié les avantages en termes de transport électronique et de dissipation thermique tout en évaluant les performances de dispositifs MOS avancés
The subject of Silicon-on-insulator (SOI) materials and integrated SOI devices is particularly competitive in the field of microelectronics. This thesis covers two main research directions. The first one is the electrical characterization of SOI substrates being adopted by semiconductors industry. We studied the properties of ultra-thin SOI as well as GeOI substrates contributing to the optimization of technology. The second direction presents the modification of classical SOI structures by the incorporation of innovative semiconductor films and buried oxide (BOX). We studied the benefits in terms of electronic transport and heat dissipation while evaluating the performance of advanced MOS devices

Le CETP a une expertise reconnue depuis de nombreuses années dans le domaine des capteurs de champs magnétiques alternatifs en environnement spatial (plasmas naturels et magnétosphère). Ces magnétomètres nommés searchcoils, sont constitués d'un noyau en matériau ferromagnétique sur lequel est bobiné un fil de cuivre. De récentes améliorations ont été apportées aux searchcoils en travaillant sur la forme de leur noyau magnétique : des instruments plus petits et plus légers, à sensibilité égale, ont pu être réalisés pour la mission multisatellite THEMIS par exemple. Par principe, le searchcoil ne permet pas de mesurer les champs magnétiques continus. Dans les expériences spatiales, cette mesure est confiée au magnétomètre fluxgate. Les capteurs de champs magnétiques issus des technologies employées pour la microélectronique (dépôts en couches minces, semi-conducteurs), tels que les capteurs à effet Hall ou les magnétorésistances, n'ont pas des sensibilités comparables à celles des fluuxgates, et ce, à au moins trois ordres de grandeur près ! Le point de départ de notre travail est d'ajoindre au searchcoil un capteur de champ magnétique continu issu de la microélectronique en utilisant le noyau magnétique pour améliorer sa sensibilité et tenter d'atteindre les performances des fluxgates. Ce nouvel instrument aurait pour intérêt de proposer une mesure redondante sur le champ magnétique continu, en utilisant une technologie différente du fluxgate, sans augmentation de l'encombrement puisque le searchcoil est peu modifié par l'introduction du microcapteur
Since many years, the CETP has been producing magnetometers to measure alternative magnetic fileds in space (natural plasmas and magnetosphere). Those magnetometers, called searchcoils, are constituted by a ferromagnetic core on which a copper coil is wound. Recently, improvements have been made on the shape of the core to achieve lighter magnetometers, all things being equal. Such magnetometers will be onboard the NASA/THEMIS satellites for example. Due to its physical principle, the searchcoil is not able to measure DC magnetic fields and in scientific space missions, those fields are measured by fluxgates. Magnetic field sensors are widely used in microelectronics but those sensors are far less sensitive than fluxgates (by three orders of magnitude at least). Let us cite Hall effect devices and magnetoresistive sensors. The aim of this work has been to add a DC magnetic sensor, from microelectronics, to the searchcoil and to use the ferromagnetic core of the searchcoil to improve the sensitivity of the DC sensor. The new instrument could provide redundancy on the measurement of the DC magnetic field onboard scientific spacecraft, without any significant increase in mass on the searchcoil

Résumé : Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés à différentes propriétés de transport électrique, thermique et thermoélectrique. En particulier, nous avons mis en évidence les effets Righi-Leduc anomal et planaire qui sont les équivalents thermiques des effets Hall anomal et planaire. Ces effets doivent impérativement être considérés dans l’interprétation des mesures d’effet Seebeck de Spin.Nous avons mis à profit les techniques développées dans le cadre de cette étude pour étudier l’effet Nernst dans InSb. Nous avons utilsé un modèle de distribution de porteur pour expliquer les non-linéarités de celui-ci à des champs magnétiques proches de 1T.Nous avons construit une expérience de résonance ferromagnétique dont le but sera d’étudier les implications des effets thermique et thermoélectrique dans les expérience de pompage de spin. Enfin, nous nous sommes intéréssés au transport électrique en géométrie Corbino. La géométrie Corbino est celle d’un disque dans laquelle il n’existe aucun bord libre ou des charges peuvent s’accumuler. Cela se traduit par l’apparition d’un courant de Hall ortho-radial dont la conséquence est l’augmentation de la résistance du disque. Nous avons mis en évidence une augmentation de résistance en géométrie Corbino dans CoGd et CoTb dont l’origine est l’effet Hall anomale. Bien que cet effet ne soit pas dissipatif, il a donné naissance à un courant dissipatif transverse. Nous avons également vu que cet effet entre en compétition avec la magnétorésistance anisotrope dans le permalloy.Du fait de la similitude entre l’effet Hall anomal et l’effet Hall de spin, on s’attend dans le platine à l’existence d’un fort courant de spin orthoradial sans possibilités d’accumulations dont la mise en évidence expérimentale fera l’objet de travaux futurs
Abstract: During this PhD we studied different electric, thermal and thermoelectric properties. For instance, we characterized the anomalous and planar Righi-Leduc effects which are the thermal equivalent of the anomalous and planar Hall effects. These effect have to be taken into account when interpreting spin Seebeck measurements.We used the technics that we developped during this study to look at the Nernst effect in InSb. We developped, a carrier mobility distribution model to explain its non-linearity at fields around 1T.We built a ferromagnetic resonance experiment in order to study the impact of thermal and thermoelectric properties in spin pumping effect.Lastly, we studied electric transport in the Corbino geometry. Corbino geometry is the one of a disc where there are no free boundaries where electric charges can accumulate. This causes the apparition of an orthoradial Hall current which consequence is the increase of resistance of the disc. We showed an increase of resistance in the Corbino geometry in CoGd and CoTb originating from anomalous Hall effect. Despite the anomalous Hall effect does not dissipate, it produces an orthoradial current which dissipates. We also found in permalloy that this increase of resistance is counterbalanced by a decrease of resistance due to the anisotropic magnetoresistance.The similarity between anomalous Hall effect and spin Hall effect which share a common microscopic origin implies that we expect in platinum the apparition of an orthoradial spin current without possibility for the charges to accumulateition. This current should dissipate just the way it does for the anomalous Hall effect.The study of this spin current will be the topic of a futur study

Le premier chapitre passe en revue les problemes theoriques lies au magnetotransport des deux cotes de la transition metal-isolant dans les semiconducteurs. Le deuxieme chapitre expose les dernieres connaissances acquises sur le materiau cuinse#2, tant du point de vue structurel que des proprietes optiques et electriques. Le troisieme chapitre aborde les proprietes de transport a basse temperature et le magnetotransport a champ fort et faible. Il y est presente l'analyse de la dependance en champ des energies d'activation #1 et #2, il est confirme de plus, que dans ces echantillons situes du cote isolant de la transition metal-isolant, la conduction se fait par saut a distance variable, et ce, dans une gamme de temperatures beaucoup plus etendue que ce qu'il avait ete observe auparavant. La magnetoresistance a champ evanescent est negative, elle s'interprete grace aux modeles les plus recents bases sur les interferences quantiques. A des champs magnetiques plus eleves, la magnetoresistance qui est toujours negative, est approximee par un nouveau modele semi-empirique dans lequel la partie negative depend explicitement de la temperature. Des mesures effectuees sur des echantillons recuits en presence d'indium, montrent un comportement metallique aussi bien a champ nul qu'a fort champ. Les variations de la magnetoconductivite en fonction du champ s'accordent d'excellente facon avec le modele de long et pepper. Enfin, est presentee la premiere mise en evidence d'oscillations de shubnikov-de haas dans des echantillons de cuinse#2 intentionnellement dopes, ce qui a permis une determination, a ce jour la plus precise, de la masse effective electronique dans ce materiau

Les alliages Bi-Sb sont des matériaux thermoélectriques performants entre 50 K et 250 K, mais leurs propriétés fondamentales sont mal connues, en particulier les concentrations et les mobilités des porteurs, ainsi que la structure de bandes. La présence de deux types de porteurs, électrons et trous, nécessite une étude galvanomagnétique. Nous avons élaboré des lingots de Bi-Sb (4 at. % Sb) par la méthode THM et découpe des échantillons monocristallins et homogènes pour les différentes orientations nécessaires aux mesures des douze coefficients du tenseur galvanomagnétique. Nous avons ensuite réalisé le montage permettant les mesures de magnétorésistivité sous faible champ magnétique entre 77 K et 300 K. Un modèle ellipsoïdal non parabolique à deux bandes et un programme de calcul ont été développés pour permettre d'atteindre les concentrations et les mobilités des porteurs. Les résultats obtenus montrent des concentrations de porteurs dans l'alliage croissant entre 77 K et 300 K de 0,6 10^23m-3 a 6,7 10^23m-3, ce qui traduit une augmentation de l'énergie de recouvrement dans le semi-métal et une énergie de fermi plus faible que dans le bismuth pur. Les valeurs des mobilités des électrons à 77 K sont: #1 220 m2/v. S, #2 < 1 m2/v. S, #3 130 m2/v. S, et pour les trous #1 60 m2/v. S et #3 <1 m2/v. S. L'angle d'inclinaison des ellipsoïdes d'électrons est voisin de 7 quelle que soit la température. Les facteurs de Hall et de magnétorésistance A et M des électrons restent proches de l'unité et montrent une dépendance énergétique modérée du temps de relaxation. Nous donnons enfin les équations permettant de déterminer la structure de bandes de l'alliage semi-métallique Bi#0, 96Sb#0,#0#4 entre 77 K et 300 K