A theoretical study on electronic and magnetic properties of diluted magnetic semiconductors for applications to spintronic devices

Abstract

Les technologies basées sur les matériaux magnétiques sont au cœur des futures technologies de stockage de données. Poussé par la croissance significative de la disponibilité de puissance de calcul, l'accent a été mis sur les techniques de modélisation atomique afin de calculer différentes propriétés pour différents matériaux sous différentes formes. Cependant, une étape essentielle vers les applications spintroniques innovantes consiste à développer les semiconducteurs magnétiques dilués (DMS); trouver des semi-conducteurs ferromagnétiques à la température ambiante est un problème clé. Basée sur les méthodes ab-initio, cette thèse présente un intérêt scientifique pour les propriétés magnétiques et électroniques de différents matériaux semi-conducteurs (ZnSe, BN et SnC). Ce travail est effectué dans le cadre de la théorie de la densité fonctionnelle (DFT), décrite en détail dans un premier temps pour la modélisation des propriétés des matériaux et la simulation de Monte Carlo pour l'étude et l'analyse des propriétés magnétiques. En effet, l‟objectif de cette thèse concerne l'effet de la corrélation sur le magnétisme des semi-conducteurs magnétiques dilués dopés par les métaux de transition d'une couche 3d fortement corrélée. Dans un premier temps, nous étudions le dopage des impuretés simples et double effectué à différents niveaux d‟approximation pour les calculs d‟énergie de corrélation et d‟échange. Par la suite, cette étude théorique a validé que les propriétés semi-métalliques considérées fournies par le dopage des matériaux étudiés tout au long de ce travail ; présentent des résultats prometteurs en raison de ses propriétés spéciales pour les applications spintroniques. Les difficultés rencontrées pour atteindre un Tc élevé en raison des interactions à courte portée sont surmontées par la méthode de codopage afin de réaliser des matériaux DMS utiles pour des applications technologiques. De plus, nous avons évalué qu‟un site de substitution de TM peut également ouvrir un canal pour un ordre magnétique à longue portée et conduire à un ferromagnétisme à la température ambiante. La température de Curie a été estimée en utilisant l'approximation du champ moyen et la simulation de Monte Carlo.