Propriétés magnétiques de nanoagrégats ferromagnétiques encastrés dans une épicouche semi-conductrice

L'introduction du ferromagnétisme dans la technologie actuelle des couches minces semiconductrices est un défi qui suscite beaucoup de recherche à l'heure actuelle. Ceci ouvrirait la voie à la conception et le développement de nouveaux dispositifs intégrés ayant des fonctionnalités nouvelles ou améliorées. Jusqu'à maintenant, un effort considérable a été déployé pour obtenir des semi-conducteurs ferromagnétiques dilués ayant une température de Curie plus élevée que celle de la pièce. Toutefois, la température de Curie la plus élevée obtenue à ce jour dans un semi-conducteur magnétique dilué est de 185 K. L'une des alternatives les plus prometteuses est d'introduire des nanoagrégats ferromagnétiques dans une épicouche semiconductrice. Ce type de matériau granulaire semi-conducteur et ferromagnétique (SC:FM) a l'avantage que sa température de Curie dépend de la nature des agrégats. Des effets magnétooptiques et galvanomagnétiques géants ont notamment été observés dans les matériaux granulaires SC:FM, ce qui pourrait mener à la réalisation de dispositifs comme des isolateurs optiques ou des senseurs magnétiques. De tels effets sont directement reliés aux propriétés magnétiques intrinsèques des nanoagrégats et à la structure cristallographique et géométrique des matériaux granulaires SC:FM. Dans ce contexte, cette thèse est dédiée à la compréhension des propriétés magnétiques de nanoagrégats ferromagnétiques encastrés dans une épicouche semi-conductrice. Au cours de ce travail, nous avons développé une méthodologie combinant des mesures expérimentales et un modèle théorique afin d'expliquer le comportement magnétique des matériaux granulaires SC:FM `a l'étude. Des mesures de spectroscopie de résonance ferromagnétique (FMR) et de magnétométrie ont été effectuées en fonction de plusieurs paramètres tels que l'angle et l'intensité du champ magnétique appliqué, la température et la fréquence du champ magnétique d'excitation dans le cas de la FMR. Un modèle phénoménologique basé sur la contribution magnétique à l'energie libre de Helmholtz a été utilisé pour modéliser les résultats expérimentaux. Le matériau granulaire composé de nanoagrégats de phosphure de manganèse encastrés dans une épicouche de phosphure de gallium (GaP:MnP) a été choisi comme système `a l'étude. Ceci est justifié par le fait que le GaP possède une bande interdite très large, ce qui fait du GaP:MnP un composé prometteur pour le développement de dispositifs magnéto-optiques dans le spectre du visible. Les épicouches de GaP:MnP sont crues sur des substrats de GaP par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques. D'après les mesures de microscopie électronique en transmission (TEM), les nanoagrégats possèdent un diamètre entre 15 et 35 nm et occupent approximativement entre 3 et 7% du volume total de