Letteratura scientifica selezionata sul tema "Composés semiconducteurs – Propriétés magnétiques – Propriétés optiques"

J'ai developpe au cours de ce travail un ensemble d'etudes concernant les proprietes magnetooptiques de nouveaux materiaux semimagnetiques a base de cobalt. Une grande partie de ce travail concerne l'etude des composes possedant une structure cristalline de type hexagonal: cdcose et cdcose. L'etude de magnetoreflectance et d'aimantation, nous a permis de determiner les parametres d'echange ion-porteur et les parametres de la structure de bande. Les variations des energies de transitions excitoniques en fonction du champ magnetique sont parfaitement decrites par les energies propres de l'hamiltonien total compose de l'hamiltonien du wurtzite et de l'hamiltonien de spin de kondo et en utilisant l'approximation du champ moleculaire. L'observation des transitions de spin flip en raman resonnant, nous a permis de determiner le parametre d'echange de la bande de conduction. Les resultats de photoluminescence dans cdcose, montre la destabilisation du complexe exciton-donneur neutre. J'ai aussi determine les parametres d'echange ion-porteur dans zncose, a partir des mesures de magnetoreflectance. La variation des parametres d'echange en fonction de l'ion magnetique incorpore est discutee a partir du modele d'hybridation des orbitales localisees (3d) avec de la bande de valence

Nous presentons dans ce memoire des resultats de magnetooptiques obtenus sur deux heterostructures cdte/(cd,mn)te ayant comme particularite des puits quantiques etroits et des puits de valence peu profonds. Nous avons etudie plus particulierement le comportement en champ magnetique du doublet de luminescence observe sur des puits cdte d'epaisseur 17,5 angstrom et 30 angstrom et avons cherche a identifier la raie y situee a quelques mev du cote basse energie de la transition fondamentale de l'exciton lourd x. Nous avons montre que nos puits quantiques etaient des systemes privilegies pour l'observation de transitions associees aux complexes exciton-donneur neutre dx et aux excitons charges negativement x#-. Les dependances en champ magnetique de l'energie et de l'intensite de chaque raie, obtenues par une procedure de deconvolution, sont bien decrites par le modele de dissociation de heiman ce qui nous a conforte dans notre attribution de la raie y a dx ou x#-. L'ecart energetique entre les raies x et y etant different pour les deux puits, nous avons attribue la raie y a dx pour le puits etroit ; la raie y du puits de 30 angstrom est vraisemblablement une transition x#.

Nous presentons un ensemble de travaux dans differents domaines du magnetisme des solides realise a partir du developpement de deux dispositifs de mesures sous champs magnetiques pulses de 30 t : mesures d'effet kerr magneto-optique et mesures de magneto-reflectivite. La premiere etude est consacree a la caracterisation de l'anisotropie magnetique de couches minces de tbfe 2(111) epitaxiees sur mo. Les mesures de rotation kerr mettent en evidence des champs de saturation tres eleves et des effets de trainage magnetique jusqu'a 30 t qui sont interpretees a partir de calculs d'anisotropie magnetique prenant en compte les deformations epitaxiales dans l'expression de l'anisotropie magneto-elastique. Une seconde partie concerne le retournement de l'aimantation en configuration polaire de couches de co couplees a une couche antiferromagnetique, coo ou nio. Dans cette configuration de mesure nous obtenons, entre autres, des valeurs du couplage d'interface proches de celles d'echanges magnetiques directs. La troisieme etude porte sur le semi-conducteur semi-magnetique gamnas. Nous utilisons l'effet kerr magneto-optique pour determiner l'intensite de l'interaction sp-d entre les moments magnetiques du mn et les bandes electroniques. Ce travail est base sur l'analyse des transitions interbandes entre niveaux de landau, induisant des oscillations quantiques de la rotation kerr pour des champs superieurs a 10 t. Enfin, nous montrons, a partir de mesures de reflectivite qu'il est possible d'induire par le champ magnetique des transitions bas spin - haut spin, irreversibles, dans des complexes moleculaires de fe i i (dont le fe(phen) 2(ncs) 2). Nous mettons aussi en evidence sur la famille de complexe fe xni 1 x(btr) 2(ncs) 2. H 2o le role des interactions cooperatives entre sites metalliques dans la dynamique de la transition de spin sous champ pulse.

Les composés à anions mixtes peuvent permettre d'atteindre des structures et des propriétés inaccessibles dans le cas de phases mono-anionique, ce qui offre de nombreuses opportunités pour la recherche exploratoire de composés à anions mixtes fonctionnels. Un intérêt majeur de la présence d’anions multiples au sein d’une phase est l'ingénierie du band gap via les contributions des orbitales anioniques en haut de la bande de valence, permettant ainsi le contrôle de la structure électronique et des propriétés. De plus, les environnement hétéroleptiques autour d'un cation (entouré d'au moins deux types d'anions) permettent d'accentuer le caractère acentrique d'une entité structurale, et donc la polarité dans le cas d'un arrangement polaire par rapport à un analogue mono-anionique. Ces deux aspects combinés, c'est-à-dire l'ingénierie du band gap et le caractère acentrique local tous deux modulables avec plusieurs anions, sont puissants pour contrôler et exacerber diverses propriétés. Dans le but d'atteindre de tels environnements dans des phases innovantes à anions mixtes et d'étudier leurs propriétés physiques et chimiques, plusieurs séries de composés ont été formulées sur la base d’unités structurales à anions mixtes intéressantes et leurs synthèses ont été tentées. Dans ce travail, une grande variété de nouveaux systèmes sont présentés, y compris certains environnements peu répandus et propriétés remarquables : propriétés d’optique non linéaire, propriétés magnétiques et propriétés photoélectriques. Parmi ces composés, une grande série de nouveaux composés, dont Ba5(VO2S2)2(S2)2, caractérisés par des thiovanadates hétéroleptiques (VO2S2, VO3S, VOS3) et la présence de paires dichalcogénures sont décrits. À partir de ces éléments constitutifs, notre stratégie pour atteindre les phases polaires a été couronnée de succès avec l'un de ces composés présentant des propriétés d’optique non linéaires (SHG) intéressantes. Aussi, une série de phases polyvalentes halogénure-thiovanadates (halogénure = F, Cl et I) a également pu être développée et montre l'apparition d'un courant photoélectrique sous lumière visible. De plus, l’alignement des bandes calculées par rapport aux réactions d'évolution de H2 et O2 en fait des candidats potentiels pour la photocatalyse de l'eau sous lumière visible. D'autre part, le premier oxysulfure de type Fresnoite (polaire) aux propriétés SHG est également présenté. Enfin, des phases magnétiques ont également été développées comme le composé Ba10Fe7.75Zn5.25S18Si3O12 non centrosymétrique, avec des tétraèdres à anions mixtes (Fe/Zn)3O impliqués dans un cluster magnétique original qui forme l’unité structurale élémentaire. Ces séries de composés sont discutées en s’appuyant également sur des calculs DFT afin de fournir une compréhension de leurs relations structure-propriétés pour aider à concevoir davantage de matériaux à anions mixtes fonctionnels
Mixed anions compounds may allow to reach structures and properties inaccessible in the case of single anion phases, which provide great opportunities for exploratory research of functional mixed anions compounds. One major interest of mixing anions in a phase is the band gap engineering by controlling the contribution of anionic orbitals at the top of the valence band, hence controlling the electronic structure and the properties. In addition, heteroleptic environments around a cation (directly surrounded by at least two types of anions) makes it possible to accentuate the acentric character of a structural entity, and therefore the polarity in the case of a polar arrangement comparing to a mono-anionic analogue. These two aspects combined, i.e. band gap engineering and local acentric character both reached with multiple anions, are powerful to control and exacerbate various properties. With the aim to reach such environments in innovative mixed anion phases and study their physical and chemical properties, several series of potential materials were formulated based on interesting mixed anion building blocks and their synthesis attempted. In this work, a wide variety of new systems are presented, including some unusual environments and properties: Non-linear optical properties, magnetic properties and photoelectric properties . Among these compounds, a large series of new compounds, including Ba5(VO2S2)2(S2)2, characterized by heteroleptic thiovanadates (VO2S2, VO3S, VOS3) and the presence of dichalcogenide pairs are described. From those building blocks, our strategy to reach polar phases was successful with one of those compounds showing interesting non-linear optical properties (SHG). Also, a series of versatile halide-thiovanadates phases (halide= F, Cl and I) could also be developed and proves the appearance of a photoelectric current under visible light. In addition, their calculated bands alignment with respect to H2 and O2 evolution reactions makes them potential candidates for photocatalysis of water-splitting under visible light. On another hand, the first Fresnoite oxysulfide (polar) with SHG properties is also presented. Finally, magnetic phases were also developed like the non-centrosymmetric Ba10Fe7.75Zn5.25S18Si3O12, with (Fe/Zn)3O mixed anion tetrahedra involved in an original large magnetic cluster as elementary block. Those series of compounds are discussed with combination of DFT calculations in order to deliver a comprehension of their structure-properties relationships to help further design functional mixed anion materials

Nous présentons une contribution à l’étude des propriétés structurales, électroniques et magnétiques de composés multiferroïques – c’est à dire de matériaux dans lesquels coexistent ordre magnétique et ordre ferroélectrique ; les deux aspects étant couplés via des interactions et mécanismes microscopiques qui ne sont pas encore compris. C’est dans ce contexte que nous avons étudié les deux composés GaFeO₃ et LuFe₂O₄. L’étude a nécessité l’utilisation de plusieurs techniques expérimentales : les mesures magnétiques locales par résonance paramagnétique électronique (RPE) et macroscopiques par magnétométrie , et la spectroscopie infrarouge (IR). Du point de vue du magnétisme de GaFeO₃, les mesures locales et macroscopiques révèlent un comportement inusuel sur un large intervalle de température au-dessus de la température d’ordre, que nous attribuons à l’existence de corrélations magnétiques de courte portée dans la phase paramagnétique. D’autre part,l’analyse des spectres de phonon IR en fonction de la température montre que la mise en ordre des moments magnétiques n’affecte pas les propriétés structurales de GaFeO₃. Le cas de LuFe₂O₄ est très différent puisque les degrés de liberté magnétiques semblent couplés aux propriétés structurales au travers de l’ordre de charge des ions Fe³+/Fe²+ comme le suggèrent les mesures RPE et de spectroscopie IR dans le domaine sub-terahertz
We present a contribution to the study of structural, electronic and magnetic propertiesof multiferroic compounds. These materials – characterized by the coexistence and coupling of different types of long-range orders, such as magnetic and ferroelectic – have recently become a subject of great importance because of their academic interest and their significance for potential applications. In this context we have studied the two compounds GaFeO₃ and LuFe₂O₄. The study involved the use of several techniques : electronic spin resonance (ESR), magnetic measurements by magnetometry and infrared spectroscopy (IR).Local and macroscopic magnetic measurements reveal an anomalous paramagnetic phase in GaFeO3. This is attributed to the existence of short-range magnetic correlations in a wide temperature range above the ordering temperature. On the other hand, the analysis of IR phonon spectra recorded at different temperatures (10 ≤ T ≤ 1000 K) shows that the ordering of magnetic moments does not affect the structural properties of GaFeO₃ For LuFe₂O₄, conversely, the magnetic degrees of freedom are coupled to the structural properties via the charge ordering of Fe³+/Fe²+ ions, as suggested by ESR and IR spectroscopy

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse est consacré à l'étude des trions excitoniques dans les semi-conducteurs bidimensionnels. Ces quasi-particules peuvent résulter, dans certains conditions, de la liaison d'un exciton (paire électron-trou liée) avec un électron ou un trou dans les semi-conducteurs. Ils se distinguent des autres complexes excitoniques par leur mobilité et leur charge. Ces deux caractéristiques sont susceptibles de donner lieu à des propriétés originales, notamment dans les semi-conducteurs quasi bidimensionnels (super-réseaux semi-conducteurs, puis quantiques). L'étude des trions excitoniques présente un très grand intérêt, tant du point de vue pratique que théorique. Elle permet de comprendre les mécanismes des recombinaisons radiatives contrôlant le fonctionnement de certains dispositifs utilisés en optoélectronique et dans le domaine des télécommunications. Elle fournit également à la physique fondamentale des nouveaux modèles de systèmes formés de quasi-particules en interaction mutuelle, susceptibles d'une analyse expérimentale et théorique très précise. Notre étude a permis de montrer, qu'en l'absence de champ magnétique, des quasi-particles étaient beaucoup plus stables dans les semi-conducteurs bidimensionnels que dans les semi-conducteurs massifs. Par conséquent, leur observation devrait être beaucoup plus favorable dans les milieux 2D. Nous envisageons même une possible observation à température ambiante. Nous avons montré que la forme des raies d'absorption est différente de celle des excitons et autres complexes excitoniques localisés. Ceci devrait faciliter leur identification. Nous avons montré que l'action d'un champ magnétique sur les trions conduit à un renforcement et une quantification supplémentaire des énergies. De plus, nous avons mis en évidence l'influence déterminante de l'orientation du champ magnétique par rapport à la surface du semi-conducteur sur le de quantification. Cette dernière est totale pour un champ perpendiculaire au plan est minimale pour un champ parallèle au plan. Pour des champs magnétiques non nuls, mais suffisamment faibles, les trions se comportent comme des quasi-particules libres et chargées. Dans ces conditions, le champ magnétique donne lieu à des niveaux de Landau comme le cas 3D. Pour un champ magnétique perpendiculaire, la magnéto-absorption se réduit à une série de pics de Dirac. Par contre, dans le cas d'un champ parallèle, elle donne lieu à une série de raies décroissantes vers les basses énergies, à partir d'un bord d'absorption principal. Nos résultats sont originaux et spécifiques aux trions excitoniques. Ils peuvent contribuer à la mise en évidence et à l'identification de ces quasi-particules dans les milieux quasi-bidimensionnels (super-réseaux et puits quantiques semiconducteurs)
This thesis is devoted to the study of excitonic trions in bidimensional semiconductors (S. C. ). These quasi-particles can be the result, assuming some conditions, of the binding of an exciton and an electron or a hole in semiconductors. They differ from others excitonic "complexes" by their charge and mobility winch allow some original properties, especially in quasi-bidimensional semiconductors (S. C. Superlattices, quantum wells). The study of excitonic trions is of great interest for theory as well as for experiment. It allows the understanding of "radiative" recombination mechanisms winch control some devices in optoelectonic or telecommunication. This study also provides to fundamental physics new models for systems containing few particles. This work allows to point out that, in the absence of magnetic field, these quasi-particles are much more stable in bidimensional S. C. That in 3D S. C. . Therefore, their observation should be easier in 2D media. Moreover room temperature studies may become possible for such quasi-particles. We have shown that the absorption line shape differs from that of excitons or other localized excitonic complexes. Their identification is therefore easier. We have shown that the influence of a magnetic field on trions leads to an increasing and additional quantifization of the S. C. Surface on the quantifization degree. This quantifization is total with a magnetic field perpendicular to plane and minimal with the field parallel to plane. For a weak enough magnetic field, the trions behave as free and charged quasi-particles. In this case, the magnetic field gives rises to landau levels as in 3D S. C. . With a perpendicular magnetic field, the magnetoabsorption reduces to Dirac peaks. However, with a parallel field, there appears a series of lines decreasing in the low energy region below a main absorption edge. Our results are original and specific to excitonic trions. They can help in proving the occurence and the identification of these quasi-particles in quasi-bidimensional media (super lattices S. C. And quantum wells)

Ce memoire decrit les proprietes electroniques et optiques des superreseaux epitaxies dans les directions cristallographiques (001) et (111). On etudie l'eclatement des bandes d'energie des semiconducteurs massifs sous l'effet d'une contrainte de symetrie (001) ou (111). Les resultats obtenus ont ete utilises pour decrire l'effet piezoelectrique caracteristique des superreseaux (111) contraints znse/znte et (ga,in)as/gaas. Afin de montrer la difference fondamentale entre les superreseaux (001) et (111), une etude comparative de leurs proprietes electroniques et optiques a ete faite. Ce travail a permis de montrer que l'effet piezoelectrique peut etre exploite dans des dispositifs utilisant des heterostructures contraintes de symetrie (111) et a faible offset chimique

La geometrie innovante du laser a cavite verticale presente un attrait considerable pour quelques applications specifiques telles que les interconnexions optiques massivement paralleles ou l'ordinateur optique qui necessitent des reseaux uni- ou bi-dimensionnels de lasers a faible courant de seuil. Dans le dessein de realiser un laser a cavite verticale monolithique emettant aux longueurs d'onde d'interet pour les telecommunications optiques (1,31,55 m), le systeme semiconducteur algaassb permet d'atteindre de tres haut pouvoirs reflecteurs pour les miroirs de bragg, qui constituent les elements cles de ce type de composant. La pierre angulaire de ce travail a ete d'etablir les conditions de croissance par epitaxie par jets moleculaires des couches antimoniures sur inp et sur gasb. En particulier l'accord de maille de algaassb sur inp a ete obtenu malgre les difficultes liees a une lacune de miscibilite a ces compositions. Le choix de multipuits gainsb dans des barrieres de algaassb comme zone active sur gasb emettant a 1,55 m, nous a permis d'atteindre une emission laser a temperature ambiante sur des lasers a emission par la tranche, ce resultat constituant une premiere mondiale. La realisation de miroirs de bragg performants aux longueurs d'onde de 1,55 m et 2 m valide les grandes potentialites du systeme semiconducteur algaassb/alassb pour la fabrication de lasers a cavite verticale fonctionnant dans le proche infrarouge. De meme la croissance d'une structure a cavite verticale 3 centree a 1,5 m montre la faisabilite de lasers a cavite verticale totalement monolithiques sur gasb pour les applications aux telecommunications optiques.

Observation d'un changement de la direction de facile aimantation dans smni::(5) vers 160 k. Interpretation quantitative des effets magnetoelastiques et de la susceptibilite magnetique du troisieme ordre mesures dans prni::(5). Observation d'une anomalie de dilatation dans tmni::(5) a t::(c) provenant d'une striction d'echange

Nous avons etudie sous champ magnetique intense les proprietes de transport et magnetiques de deux systemes multicouches habituellement utilises par les opticiens: c/w qui sert de miroir rx et ni/ti qui sert de miroir a neutrons. Nous avons analyse le transport electronique dans les multicouches c/w en terme de localisation faible, et mis en evidence que ces proprietes sont dominees par les interactions electron-electron. Le resultat le plus spectaculaire concerne les multicouches de faible periode (15 a de c et 20 a de w) ou une epaisseur si fine que 15 a de c suffit a rendre totalement independantes et donc bidimensionnelles les couches de tungstene. Les multicouches ni/ti elaborees egalement par pulverisation cathodique par b. Vidal a marseille, font partie des systemes: materiau magnetique (ni) separe par un materiau non magnetique (ti). Nous correlons les proprietes de transport electronique sous fort champ magnetique aux mesures d'aimantation; apres la saturation magnetique, nous observons pour la premiere fois une magnetoresistance negative a fort champ magnetique qui persiste a haute temperature (200k) et ne semble pas etre due ni a des effets de localisation ni au couplage magnetique entre couches de ni