Effets magnéto-plasmoniques dans les milieux effectifs composés de métaux ferromagnétiques

Une phase de précipités ferromagnétiques et métalliques dans une matrice semi-conductrice conservant son caractère épitaxial représente un matériau effectif hors du commun très intéressant au point de vue de la recherche fondamentale et des applications technologiques. Considérés initialement comme des produits malencontreusement formés lors de la croissance des certains semi-conducteurs magnétiques dilués, ces matériaux présentent toutefois des caractéristiques pouvant être mises a profit, comme leur fort couplage optique dû a la phase précipitée. Les systèmes de GaP:MnP étudiés dans le cadre de cette thèse présentent ce genre de matériaux où les précipités (MnP) forment une phase ferromagnétique et métallique, alors que la matrice environnante (GaP) est épitaxiale. Afin de bien comprendre l'impact de la matrice de GaP sur les nanoagrégats de MnP, une couche mince de MnP crue sur verre et une membrane de polystyrène contenant des nanoagrégats de MnP ont également été étudiés. Les mesures optiques et magnéto-optiques ont été réalisées au moyen d'un montage expérimental assemblé au laboratoire. Son design modulaire permet d'alterner entre des mesures en température, en champ magnétique, en polarisation et en longueur d'onde, ou encore de combiner ces aspects au besoin. Les techniques expérimentales employées sont décrites et les incertitudes associées aux mesures sont évaluées. La caractérisation magnéto-optique des matériaux hétérogènes GaP:MnP a permis de mettre en évidence une impressionnante gyrotropie qui s'élève a 6/μm (épaisseur effective de MnP) a 210 K et 410 mT, dans la portion visible du spectre électromagnétique. Cette gyrotropie est plus élevée par volume de MnP que pour une couche mince de MnP (3/μm) aux mêmes conditions de température et de champ magnétique appliqué. L'origine de l'activité optique générée par le champ magnétique appliqué a été identifiée comme étant l'aimantation de la phase de MnP dans le matériau effectif, tout comme dans la couche mince. Une série de mesures d'hystérésis magnétométriques et magnéto-optiques a différentes températures sur ces systèmes à base de MnP a démontré que le champ magnétique appliqué n'est pas une composante importante de la gyrotropie induite, mais seulement la cause de la variation de l'état d'aimantation, qui à son tour domine l'effet magnéto-optique. Les mesures indépendantes de l'aimantation et de la rotation du plan de polarisation de la lumière a une énergie de 1,89 eV (655 nm) ont permis d'extraire le préfacteur à l'aimantation qui donne lieu à la gyrotropie du MnP. Il est évalué comme étant de 15,3/(T · nm) pour les échantillons de type GaP:MnP alors qu'il est de 12,5/(T·nm) pour le MnP en couche mince. Ce préfacteur phénoménologique à l'aimantation est assimilé au couplage spin-orbite donnant lieu a l'activité optique dans le MnP.