etude ab initio magnetooptique de materiaux ferromag

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´DEA de la Matiere Condensee :Mat´eriaux , nanostructure et Matiere molle .Universit´e Louis Pasteur (Strasbourg)Rapport de stage de DEA´ ´ ´ETUDE AB INITIO DES PROPRIETES´MAGNETO-OPTIQUES DES´ ´MATERIAUX FERROMAGNETIQUESBaadji NadjibSous la direction de : Hugues Dreyss´eLaboratoire : Institut de Physique et Chimie desMat´eriaux de Strasbourg (IPCMS)Groupe d’Etude desMat´eriaux M´etalliques (GEMM)Periode´ : f´evrier-juin 2002R´esum´e PespectiveD´ecouverts il y a plus d’un si`ecle et demi, les effets magn´eto-optiques ont suscit´e ces derni`eres ann´ees une curiosit´e renouvell´eed´ebouchant sur des progr`es spectaculaires en physique et de mul-tiplesapplicationstechnologiques:apr`esavoirconquisledomaine“ grand public”de l’enregistrement magn´eto-optique du son et del’image, ils ont des grandes potentialit´es dans le domaine de l’in-formatique. Tr`es utilis´es en laboratoire, tant pour caract´eriser lesmat´eriaux magn´etiques que pour´etudier les semi-conducteurs, ilsfont aujourd’hui l’objet d’´etudes de pointe dans un domaine spec-tral. Malheureusement, les ´etudes th´eriques n’ont commenc´e quer´ecemment. Dans la plupart des cas les investigations th´eoriquessont bas´ees sur un traitement en perturbation ou variationnel ducouplage spin-orbite en calculant l’´etat ´electronique fondamental.Cependant, durant les dix derni`eres ann´ees on a d´evelopp´e ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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DEAdelaMatiereCondense´e: Mat´eriaux,nanostructureetMatieremolle. Universit´eLouisPasteur(Strasbourg) Rapport de stage de DEA
´ ´ ´ ETUDE AB INITIO DES PROPRIETES ´ MAGNETO-OPTIQUES DES ´ ´ MATERIAUX FERROMAGNETIQUES
Baadji Nadjib
Sous la direction de :e´ssyerDseuguH Laboratoire :Institut de Physique et Chimie des Mat´eriauxdeStrasbourg(IPCMS) Groupe d’Etude des Mat´eriauxMe´talliques(GEMM) P´eriode:iu2nrej-002evrif´
Re´sum´ePespective
D´ecouvertsilyaplusdunsi`ecleetdemi,leseetsmagn´eto-optiquesontsuscit´ecesdernie`resanne´esunecuriosit´erenouvell´ee d´ebouchantsurdesprogr`esspectaculairesenphysiqueetdemul-tiplesapplicationstechnologiques:apre`savoirconquisledomaine grandpublicdelenregistrementmagne´to-optiquedusonetde limage,ilsontdesgrandespotentialit´esdansledomainedelin-formatique.Tr`esutilis´esenlaboratoire,tantpourcaracte´riserles te´riauxmagne´tiquesquepoure´tudierlessemi-conducteurs,ils ma fontaujourdhuilobjetd´etudesdepointedansundomainespec-tral.Malheureusement,les´etudesthe´riquesnontcommenc´eque r´ecemment.Danslaplupartdescaslesinvestigationsthe´oriques sont basees sur un traitement en perturbation ou variationnel du ´ couplagespin-orbiteencalculantle´tate´lectroniquefondamental. Cependant,durantlesdixderni`eresann´eesonad´evelopp´eplu-sieursm´ethodesalternativesdestructuredebandequisontbasees ´ surlasolutiondel´equationdeDiracpourunpotentielde´pendant duspin.Lorsquoncommenceparcetteapprochesophistiqu´ee,il est possible d’identifier le couplage spin-orbite individuellement dansunensembled´equationsradialesapproximativesdeDirac. Desinvestigationscorrespondantesonte´te´faitesr´ecemmentsur linuencedecouplagespin-orbitesurlemomentmagn´etiqueor-bital,lespropri´ete´sgalvano-magne´tique,leetmagn´eto-optique deKerr,etledichro¨ısmemagn´etiquepourlabsorptiondesrayons X. Leformalismeexpose´danscetravailnestquelecommence-mentduntravailplusvaste,quirendcomptedesdie´rents me´canismesmentionne´sdanscerapport.Ilresteaussi`ainclurele potentielcristallintotalpourunebonnepr´ecision,etunebonne comprehensiondesphe´nomenescausesparleseetsrelativistes. ´ ` ´ Danscerapportonaessay´edede´crireunetechniquedestruc-turedebandesrelativiste.Onaapplique´cettetechniquepour calculer la conductivit´ ti e et l’angle de rotation de Kerr e op qu pourlefer.Apre`sunepre´sentationduproble`medelastruc-ture´electronique,onaessay´edeconstruireunem´ethoderela-tiviste-3-a`partirdesaversionnonrelativiste-2-.Cestage the´oriquecomporteunegrandepartiedesimulationnum´erique. Ilsagitd´etudiera`laidedundesformalismesab-initiodestruc-ture´electroniquelesplusperformantsactuellement(formalisme desorbitalesmun-tinlin´earis´ees)danssaversionrelativiste, lesproprie´t´esmagne´to-optiquesdusolide(dontunepartieest e´tudie´eexpe´rimentalementa`Strasbourg).Pourcefaireilfaudra calculerletenseurdie´lectriqueduFeou`ontiendracomptesimul-tane´mentdelapolarisationdespinetdelinteractionspin-orbite. LarotationKerrestobtenue`apartirdescomposantesdutenseur die´lectriqueetestdirectementcompareealexp´erience. ´ `
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Remerciements
CestagedeDEAae´te´eectue´dansleGroupedEtudesdes Mate´riauxMe´talliques(GEMM)a`lInstitutdePhysiqueetChi-miedesMat´eriauxdeStrasbourg(IPCMS). Jetiens`aexprimermaplussince`regratitude`amondirecteurde stage,Monsieur le ProfesseurHueugresDs´ysesie´agelemtnma, a`MonsieurleProfesseurrabe´MnauolAkeie´,oimqu,rtpoapnt toutaulongdecetravail,lepr´ecieuxsoutiendeleursexp´eriences et de leur patience. Leurs conseils amicaux m’ont permis, quelles quesoientlesdiculte´srencontre´es,detoujoursavancerdansle sujet sans perdre pied. Demˆeme,jetiensvivementa`remercierlesth´esardsetlessta-giairesdulaboratoireavecquijaipudiscuter`atoutmomentde lajourne´e,delaphysiqueouencoredespetitssoucisquotidiens, en particulierHaroun Mohamed,Marc Tobias Wenzel, Mo-hamed Torch, Mohamed Benia ,Luis Alvarez. Quilssoienticiremerci´espourtoutel´nergiequilsontconsacr´ee e a`mintroduiredanslemondedelaphysiquedelamatie`re condens´ee.
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