Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/40432

TitleElaboration et caractérisation des nanocristaux de Zn F O enfouis 1-x x dans des diélectriques pour des applications en spin-électronique
Author(s)Karzazi, Ouiame
Advisor(s)Gomes, M. J. M.
Chahboun, Adil
Issue date26-Nov-2015
Abstract(s)Depuis les études théoriques de Dietl qui ont prédit que les αnTMO (où TM est un métal de transition tel que Co ou Mn) seraient ferromagnétiques auMdessus de la température ambianteL beaucoup dGefforts ont été consacrés à lGétude de ces composésN CGest dans ce contexte que sGinscrit cette thè se dont lGobjectif principal est d’étudier la croissance et la caractérisation des nanocristaux (NCs) à base de αnTMO enfouis dans des diélectriques à forte permittivité “highMk” par la technique de l’ablation laser pulsé (PLD)N Tout d’abordL l’effet de dopage par le Mn sur les propriétés structurales et magnétiques des poudres de αnMnO a été étudiéN Les résultats révè lent une substitution des ions MnβK dans la matrice de αnO jusquGà U% de dopage et l’existence d’une interaction paramagnétique dans les échantillonsN Par la suiteL des couches minces de αnPNλXMnPNPβO ont été élaborées par la technique de PLD sous une atmosphè re dGoxygè ne afin d’étudier lGinfluence des porteurs de charge libres sur les propriétés des couches minces de αnMnO et déduire les moyens efficaces permettant de mieux contr9ler l’intégration des défautsN Les caractérisations structurales et électriques des films déposés révè lent que la taille des grains et la concentration des porteurs de charge sont considérablement influencées par la pression de l’oxygè ne durant la croissanceN Les propriétés magnétiques et les calculs de la structure électronique soulignent que la présence des sites lacunaires sur les sites de lGoxygè ne augmente le magnétisme dans ces filmsN Par la suiteL des multicouches amorphes bien définies de αnMnO et d’AlβOγ ont été élaborées par la technique de PLD et leur recuit a conduit à la formation des NCs de αnMnO enfouis dans la matrice d’AlβOγ avec une structure wurtzite texturée suivant l’axe cN La corrélation entre la morphologieL les contraintesL la taille et la distribution des NCs formés aprè s le recuit et le rapport R entre lGépaisseur des couches de αnMnO et celles d’AlβOγ dans la structure multicouche déposée a été mise en évidence et la possibilité de créer des mémoires flash à base des NCs de αnMnO enfouis dans lGalumine a été prouvéeN EnsuiteL L’origine du ferromagnétisme dans des couches minces de αnCoO a été étudiée et a été attribué à la substitution des ions de αn par les ions de CoL à travers le mécanisme dGéchange pMdN Cette origine a été prouvée par les caractérisations expérimentales et les calculs ab inito réalisés sur ces systè mesN Les propriétés structurales des nanostructures de αnQMxFxO ont été étudiées avec la méthode de diffusion centrale des rayons ) en incidence rasante (GISA)S) qui permet dGobtenir des informations plus précises sur leurs structuresL leurs morphologies et leurs distributions spatiales.
Since the theoretical work of DietlL predicting that the αnTMO (where TM is a transition metal such as Co or Mn) is ferromagnetic above room temperatureL an extensive research activity has been devoted to the study on transitionMmetalMalloyed αnO in the past few yearsN It is in this context was launched this thesis with the objective to study the growth and characterization of nanocrystals αnTMO (NCs)L buried in BhighMkB dielectric by the pulsed laser ablation deposition technique (PLD)N F irst of allL the doping effect by Mn on structural and magnetic properties of the bulk αnO was studiedN The results indicate a substitution of MnβK ions in the αnO matrix up to U% of doping and the existence of a paramagnetic interaction in the samplesN ThenL thin layers of αnPNλXMnPNPβO were deposited on glass substrate by PLD techniqueL under an oxygen atmosphere in order to study the influence of free charge carriers on the properties of thin films and deduce the way how to control the integration of defects on the αnMnO filmsN The structural and electrical characterization of the deposited films showed that the grain size and the concentration of charge carriers are considerably influenced by the oxygen pressure during the growthN The magnetic properties and calculations of the electronic structure point out that the presence of vacancies on the oxygen sites increases the magnetism in those filmsN After thatL wellMdefined amorphous multilayers structures of αnMnO and AlβOγ have been grown by the PLD techniqueN Annealing led to the formation of αnMnO NCs embedded on AlβOγ matrix with a well textured wurtzite structure along the c axisN The correlation between the morphologyL stressL size and distribution of NC) formed after annealing and the thickness ratio R from as deposited layers of αnMnO and AlβOγ has been demonstrated and the ability to create flash memories from αnMnO NCs buried in alumina matrix has been provenN NextL the origin of ferromagnetism in thin layers αnCoO has been studied and has been attributed to the substitution of αn ions by ions of CoL through the pMd exchange mechanismL proven by experimental characterization and the abMinito calculations made on these systemsN The structural properties of different nanostructures αnQM xF xO were studied as well with the method of GrazingMIncidence SmallMAngle )Mray Scattering (GISA)S) that provides more detailed information on their structureL morphology and spatial distributions.
Desde os trabalhos te7ricos de DietlL que previam que o αnTMO (em que TM representa um metal de transiçã o tal como Co ou Mn) apresentasse propriedades ferromagnéticas acima da temperatura ambienteL foram realizadas ao longo dos últimos anos extensas atividades de investigaçã o sobre a liga do metal de transiçã o αnON Esta tese insereMse neste contexo e tem como objetivo principal estudar filmes de nanocristais de αnTMO (NCs) embebidos numa matriz de constante dielétrica elevadaL produzidos através da técnica de ablaçã o por laser pulsado (PLD)N Em primeiro lugar foi estudado o efeito de dopagem por Mn sobre as propriedades estruturais e magnéticas do s7lido αnON Os resultados indicam uma substituiçã o de iões MnβK na matriz de αnO até U% de dopagem e a exist0 ncia de uma interacçã o paramagnética nas amostrasN Em seguidaL finas camadas de αnPNλXMnPNPβO foram depositadas no substrato de vidro por meio da técnica de PLDL numa atmosfera de oxigénioL com o objetivo de estudar a influ0 ncia de portadores de carga livres sobre as propriedades de filmes finos e deduzir a forma de como controlar a integraçã o de defeitos nos filmes αnMnON A caracterizaçã o estrutural e eléctrica dos filmes depositados mostraram que o tamanho do grã o e a concentraçã o de portadores de carga sã o consideravelmente influenciados pela pressã o da atmosfera de oxigénio durante o crescimentoN As propriedades magnéticas e cálculos da estrutura eletr7nica salientamque a exist0 ncia de locais desocupados correspondentes às posições dos átomos de oxigénio aumentam o magnetismo destes filmesN Seguidamente foram produzidas estruturas bem definidas de multicamadas amorfas de αnMnO e AlβOγ pela técnica de PLDN O tratamento térmico levou à formaçã o de NCs de αnMnO incorporado na matriz de AlβOγ L com uma boa textura e com a estrutura de wurtzite ao longo do eixo cN Foi demonstrado a exist0 ncia de uma correlaçã o entre a morfologiaL tensã oL tamanho e distribuiçã o dos NCsLobtido ap7s tratamento térmicoL e a razã o da espessura R das camadas depositadas de αnMnO e AlβOγL bem como a capacidade de criar mem7rias instantâneas de αnMnO NCs incorporado na matriz de alumina foi também comprovadaN Em seguidaL foi estudado a origem do ferromagnetismo em camadas finas de αnCo e atribu2do à substituiçã o de iões de αn por meio de iões de CoL através do mecanismo de troca de pMdL comprovada por caracterizaçã o experimental e ab inito cálculos aplicados nestes sistemasN As propriedades estruturais de diferentes nanoestruturas αnQMxFxO foram estudadasL recorrendo também ao método de raios ) a baixos ângulos em incid0 ncia rasante (GISA)S) que fornece informações mais detalhadas sobre a estruturaL morfologiaedistribuiçã o espacial.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de Doutoramento em Ciências - Especialidade em Física
URIhttp://hdl.handle.net/1822/40432
AccessRestricted access (UMinho)
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
CDF - CEP - Teses de Doutoramento/PhD Thesis

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