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État fondamental de trous légers dans des boîtes quantiques en nanofils : calculs numériques et spectroscopie magnéto-optique

Jeudi 7 novembre 2019 14:00 - Duree : 3 heures
Lieu : Salle "Nevill Mott" D420 - 3ème étage, Bât D - Institut Néel - CNRS Polygone scientifique, 25 rue des martyrs, 38000 Grenoble

Orateur : Soutenance de Thèse de Kimon MORATIS (IRIG/MEM)

Dans ce travail, nous avons étudié les propriétés électroniques d’états de trous confinés dans des boites quantiques en nanofils. L’objectif principal était de déterminer les conditions permettant de stabiliser un état fondamental de trou léger et de mettre en évidence expérimentalement cet état de trou à l’aide de mesures de spectroscopie optique. Les deux principaux facteurs qui déterminent la nature de l’état de trou (trou lourd ou trou léger) et les mélanges entre états sont le confinement et les déformations élastiques. Ces paramètres peuvent être ajustés en modifiant le rapport entre la hauteur et la largeur des boites quantiques et en choisissant correctement le matériau qui l’entoure afin de maintenir le confinement du trou à l’intérieur de la boite quantique. D’un point de vue théorique, l’effet des déformations élastiques et du confinement a été étudié de manière approfondie par la mise en œuvre de calculs numériques k.p. Ces calculs ont été menés avec des boites quantiques en nanofils ayant une structure identique aux échantillons étudiés expérimentalement. Plus spécifiquement, nous avons étudié les propriétés de boites quantiques en compression (boites quantique de CdTe insérées dans des nanofils de ZnTe) et des boîtes quantiques en tension (boites quantiques de ZnTe entourées de coquilles de ZnMgTe). Les déformations élastiques et le confinement ont été ajustés en modifiant le rapport d’aspect des boites quantiques. Différents types de confinement ont été étudiés en modifiant le décalage de bande de valence entre la boite quantique et le nanofil (configurations de type I et de type II). De plus, une étude détaillée des propriétés de spin des états de trous légers a été menée en intégrant l’effet d’un champ d’échange dans les calculs k.p. Cette étude révèle une forte renormalisation du facteur de Landé des trous légers sous l’effet combiné des contraintes élastiques et du couplage spin-orbite. D’un point de vue expérimental, nous avons étudié des nanofils II-VI élaborés dans l’équipe par croissance par épitaxie par jets moléculaires. Des mesures de micro-photoluminescence à basse température ont été mises en œuvre avec des nanofils isolés afin d’étudier les propriétés électroniques de boites quantiques insérées dans les nanofils. L’étude des propriétés excitoniques (identification des excitons confinés, cathodoluminescence, autocorrélation) et du taux de polarisation a permis d’identifier sans ambigüité la présence de trous légers dans l’état fondamental en accord avec les prédictions théoriques. Afin de caractériser les états de trous légers à l’aide de leurs propriétés de spin, des études ont été menées avec des boites quantiques magnétiques contenant des atomes de manganèse (concentration de l’ordre de 10%). Ces boites quantiques ont été caractérisées par spectroscopie magnéto-optique sous fort champ magnétique (champ magnétique jusqu’à 11T). Différentes configurations de champs magnétiques ont été étudiées à l’aide de bobines de champs uni-axes et vectorielles (champs magnétiques parallèles ou perpendiculaires à l’axe des nanofils, champs magnétiques tournants). Une étude quantitative de l’effet Zeeman géant excitonique a permis de confirmer la présence d’état fondamental de trou léger dans les boites. Celle-ci se manifeste par la formation de polarons magnétiques excitoniques ayant des propriétés magnétiques anisotropes très originales. Un modèle quantitatif complet s’appuyant sur les modélisations numériques a été développé en très bon accord avec les résultats expérimentaux.

Contact : odile.rossignol@cea.fr

Discipline évènement : (Physique)
Entité organisatrice : (CEA / IRIG)
Nature évènement : (Soutenance de thèse)
Site de l'évènement : Polygone scientifique

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