Etude expérimentale et modélisation de la nanostructure de couches minces magnétiques Ge-Mn
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Abstract EN:
Nowadays self-organized semiconductor nanostructures have motivated many studies due to the presence of inhomogeneities that can improve physical properties (optical, magnetic …). Among all possible systems, Ge-Mn has emerged as a promising candidate for spintronic application since the discovery of Mn-rich self-organised nanocolumns in Ge matrix exhibiting ferromagnetic properties at operating temperature. Nevertheless, many questions related to the structure, composition, morphology or growth mechanism and physical properties of such nanocolumns remains open. In this work, thanks to 3D imaging capability of atom probe tomography a new and more precise characterization of Mn-rich nanocolumns was provided. Various nanocolumn morphologies (discontinuous, Y shape…) have been observed. Mn-rich nanocolumns were identified as metastable phase (in morphology and in composition). Nanocolumns phase evolution to stable spherical clusters induced by thermal treatment is also studied. These observations have been correlated with binary thin film growth simulation obtained by Kinetic Monte Carlo. Although performed on a rigid lattice with no elastic energy, simulations revealed self-organization of nanocolumns. These simulations allow us to understand the influence of growth parameter and nanocolumn formation mechanisms.
Abstract FR:
Les semiconducteurs présentant une nanostructure auto-organisée sont au centre de nombreuses études, la présence d’inhomogénéités peut en effet améliorer les propriétés physiques (optique, magnétique, …) des matériaux considérés. Parmi les systèmes possibles, les alliages Ge-Mn qui présentent une nanostructure auto-organisée particulière sont apparus comme des candidats prometteurs dans le domaine de l’électronique de spin. En Effet, il apparait lors de la croissance des nanocolonnes riches en Mn organisées dans la matrice de Ge. Celles-ci présentent, dans certaines conditions, des propriétés ferromagnétiques à température ambiante. Cependant, de nombreuses questions relatives à la structure, à la composition, à la morphologie des nanocolonnes ou à leurs mécanismes de formation restent encore ouvertes. Dans ce travail, l’utilisation de la tomographie atomique a permis de mieux caractériser les nanocolonnes riches en Mn. Ainsi des nanocolonnes présentant différentes morphologies (discontinues, en forme de Y) ont été observées. Les nanocolonnes riches en Mn ont été identifiées comme une phase métastable (en morphologie et en composition). L’évolution structurale et chimique, induit par traitement thermique, des nanocolonnes en précipités sphériques stables a par ailleurs été étudiée. Ces observations ont ensuite été corrélées avec des modélisations de croissance de couches minces binaires obtenues par simulation Monte Carlo Cinétique. Les simulations révèlent la présence de nanocolonnes auto-organisées, bien qu’elles aient été réalisées sur un réseau rigide et sans énergie élastique. Ces modélisations nous permettent ainsi de mieux comprendre les mécanismes et l’influence des conditions d’élaboration menant à la formation de nanocolonnes.