Laboratoire : IM2NP

Directeurs de thèse : Adrien Savoyant et Sylvain Bertaina.

Coordonnées : adrien.savoyant@im2np.fr, sylvain.bertaina@im2np.fr

Description du sujet : Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude par résonance paramagnétique électronique (RPE) des propriétés magnétiques des semi-conducteurs de basse dimension par exemple des nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO).

Dans les semi-conducteurs, les propriétés physiques intéressantes comme la conductivité ou la luminescence sont principalement régies par les défauts cristallins, qu’ils soient intrinsèques ou extrinsèques. En basse dimension (nano-objets), des défauts intrinsèques particuliers apparaissent, notamment dus aux effets de surface et/ou de confinement, qui modifient les propriétés du matériau volumique. La RPE est un outil de choix pour étudier les défauts ponctuels magnétiques de ce type de matériau. Afin d’augmenter la quantité d’information issue des spectres RPE, notre équipe développe l’ajout de diverse excitations supplémentaires (champ électrique, faisceau laser) appliquées sur l’échantillon pendant l’expérience RPE.

Notamment, une étude préliminaire à basse température (9 et 85 K) avec illumination par lumière blanche focalisée sur l’échantillon a permis l’excitation de certains défauts intrinsèques vers des états hors-équilibre présentant des propriétés inhabituelles intéressantes. Nous avons pu observer, pour la première fois dans ce type de système, que des défauts de surface des nanoparticules de ZnO pouvaient être simplement excités vers un état magnétique de haut « spin » (S=2) présentant l’intéressante propriété de persister après extinction de l’illumination, plusieurs dizaines de minutes à 85 K et plusieurs heures à 9 K. Cet état magnétique est très probablement lié à une paire électron-trou photo-générée, ici localisée sur un ou plusieurs défauts de surface.

Un tel état magnétique porté par un nano-objet, quasi-stable et induit par simple illumination, présente un fort intérêt en terme de stockage ultime d’information, mais aussi comme état quantique manipulable à volonté pour constituer l’unité de base d’un ordinateur quantique ou un élément de spintronique. Le doctorant participera au développement expérimental autour du spectromètre RPE Brucker, à son utilisation à basse et très basse température et au développement des modèles théorique microscopiques adéquats.

Type de financement : Ecole doctorale

Mots clés : Spintronique, Resonance magnétique, Nanoparticules, Semi-conducteur.