Institut des
NanoSciences de Paris
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Soutenance de thèse de Lounès Lounis - Jeudi 23 novembre 2017 à 14 h

Lounès Lounis, doctorant dans l’équipe Croissance et propriétés de systèmes hybrides en couches minces soutient sa thèse jeudi 23 novembre 2017 à 14 h.

INSP - UPMC - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Barre 22-23, 3e étage, salle 317

Propriétés magnétiques et structurales de Fe/MnAs/GaAs(001) et dynamique photo-induite des transitions de phases dans MnAs/GaAs(001)

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Résumé

Cette thèse porte sur les propriétés magnétiques et structurales de MnAs/GaAs(001) et sur la dynamique photo-induite du système hétéroépitaxial Fe/MnAs/GaAs(001). MnAs présente une séquence inhabituelle de transitions de phases magnéto-structurales. En volume, α-MnAs est hexagonal et ferromagnétique (FM). A 313 K, il transite (1er ordre) vers β-MnAs, perd son ordre FM et devient orthorhombique. A 400 K, il transite (2nd ordre) vers γ-MnAs, hexagonale et paramagnétique. En couche mince épitaxiée sur GaAs(001), α- et β-MnAs coexistent entre 283 et 313K sous la forme de bandes auto-organisées avec alternance des phases ce qui permet l’émergence d’un champ magnétique dipolaire de surface. Ce champ permet de manipuler via la température, et sans champ magnétique appliqué, l’aimantation de Fe, ou encore localement via une impulsion laser femtoseconde. Des mesures ont été réalisé sur ce système par effet Kerr magnéto-optique (MOKE) et par diffusion résonante des rayons X (XRMS). La XRMS donne accès à l’évolution en température des bandes, et à l’aimantation de chacune des couches (Aux seuils L3 du fer et du manganèse). Il est montré que les cycles de chaque couche peuvent être obtenu aussi bien par MOKE que par XRMS grâce à la linéarité de la réponse MOKE. La dynamique structurale photo-induite de MnAs/GaAs(001) a aussi été étudiée par diffraction des rayons X résolue en temps sur des temps allant de la picoseconde à la microseconde. Ces résultats mettent en évidence l’excitation de phonons cohérents, la génération d’une onde de déformation, la nucléation de la phase γ et enfin la formation transitoire de bandes auto-organisées pendant la phase de refroidissement. Ces résultats ont été corrélés aux résultats sur le renversement de l’aimantation du fer dans Fe/MnAs et un mécanisme est proposé.

Abstract

In this thesis, magnetic and structural properties of MnAs/GaAs(001) and the photo-induced phase transition dynamics in MnAs/GaAs(001). MnAs exhibits a peculiar sequence of magneto-structural phase transition. In the bulk, α-MnAs is hexagonal and ferromagnetic (FM). At 313K, it transits (1st order) towards β-MnAs becoming orthorhombic and FM order is lost. At 400K, it transits (2nd order) towards γ-MnAs becoming paramagnetic and hexagonal. When epitaxially grown on GaAs(001), α and β phases coexist in the form of self-organized stripes with alternating phases, which permits the appearance of a dipolar magnetic field close to the surface. This field allows the manipulation of the Fe magnetization via temperature and without applying magnetic field, or locally via a femtosecond laser pulse. Measurement were made using magnetooptical Kerr effect (MOKE) and X-ray resonantscattering (XRMS). The XRMS gives access to the temperature evolution of the stripes and to the magnetization of each layer (at the L3 edge of Fe and Mn). Hysteresis cycles of magnetic layers can be obtain both by MOKE and XRMS thanks to the linearity of the MOKE response. The photo-induced structural dynamics of MnAs/GaAs(001) were also studied by time-resolved X-ray diffraction over times ranging from picosecond to microsecond. These results highlight the excitation of coherent phonons, the generation of a strain wave, the nucleation of the γ phase, and finally the transition formation of self-organized bands during the cooling phase. These results give us insight into the Fe magnetization reversal process in Fe/MnAs/GaAs(001) and permit us to propose a mechanism.

Jury

  • Bénédicte Warot-Fonrose (CEMES, CNRS) Rapporteur
  • Marino Marsi (LPS, Université Paris-Sud) Rapporteur
  • Claire Laulhe (SOLEIL, Université Paris-Sud) Examinatrice
  • Delphine Cabaret (IMPMC, UPMC) Examinatrice
  • Maurizio Sacchi (INSP, UPMC) Directeur de thèse
  • Franck Vidal (INSP, UPMC) Co-directeur de thèse