etude ab initio magnetooptique de materiaux ferromag

Description

´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 ...

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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´ecouvertsilyaplusd’unsi`ecleetdemi,leseffetsmagn´eto- optiquesontsuscit´ecesdernie`resanne´esunecuriosit´erenouvell´ee d´ebouchantsurdesprogr`esspectaculairesenphysiqueetdemul- tiplesapplicationstechnologiques:apre`savoirconquisledomaine “grandpublic”del’enregistrementmagne´to-optiquedusonetde l’image,ilsontdesgrandespotentialit´esdansledomainedel’in- formatique.Tr`esutilis´esenlaboratoire,tantpourcaracte´riserles te´riauxmagne´tiquesquepoure´tudierlessemi-conducteurs,ils ma fontaujourd’huil’objetd’´etudesdepointedansundomainespec- tral.Malheureusement,les´etudesthe´riquesn’ontcommenc´eque r´ecemment.Danslaplupartdescaslesinvestigationsthe´oriques sont basees sur un traitement en perturbation ou variationnel du ´ couplagespin-orbiteencalculantl’e´tate´lectroniquefondamental. Cependant,durantlesdixderni`eresann´eesonad´evelopp´eplu- sieursm´ethodesalternativesdestructuredebandequisontbasees ´ surlasolutiondel’´equationdeDiracpourunpotentielde´pendant duspin.Lorsqu’oncommenceparcetteapprochesophistiqu´ee,il est possible d’identifier le couplage spin-orbite individuellement dansunensembled’´equationsradialesapproximativesdeDirac. Desinvestigationscorrespondantesonte´te´faitesr´ecemmentsur l’influencedecouplagespin-orbitesurlemomentmagn´etiqueor- bital,lespropri´ete´sgalvano-magne´tique,l’effetmagn´eto-optique deKerr,etledichro¨ısmemagn´etiquepourl’absorptiondesrayons X. Leformalismeexpose´danscetravailn’estquelecommence- mentd’untravailplusvaste,quirendcomptedesdiffe´rents me´canismesmentionne´sdanscerapport.Ilresteaussi`ainclurele potentielcristallintotalpourunebonnepr´ecision,etunebonne comprehensiondesphe´nomenescausesparleseffetsrelativistes. ´ ` ´ 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. Ils’agitd’´etudiera`l’aided’undesformalismesab-initiodestruc- ture´electroniquelesplusperformantsactuellement(formalisme desorbitalesmuffin-tinlin´earis´ees)danssaversionrelativiste, lesproprie´t´esmagne´to-optiquesdusolide(dontunepartieest e´tudie´eexpe´rimentalementa`Strasbourg).Pourcefaireilfaudra calculerletenseurdie´lectriqueduFeou`ontiendracomptesimul- tane´mentdelapolarisationdespinetdel’interactionspin-orbite. LarotationKerrestobtenue`apartirdescomposantesdutenseur die´lectriqueetestdirectementcompareeal’exp´erience. ´ `

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Remerciements

CestagedeDEAae´te´effectue´dansleGrouped’Etudesdes Mate´riauxMe´talliques(GEMM)a`l’InstitutdePhysiqueetChi- 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 quesoientlesdifficulte´srencontre´es,detoujoursavancerdansle sujet sans perdre pied. Demˆeme,jetiensvivementa`remercierlesth´esardsetlessta- giairesdulaboratoireavecquij’aipudiscuter`atoutmomentde lajourne´e,delaphysiqueouencoredespetitssoucisquotidiens, en particulierHaroun Mohamed,Marc Tobias Wenzel, Mo- hamed Torch, Mohamed Benia ,Luis Alvarez. Qu’ilssoienticiremerci´espourtoutel’´nergiequ’ilsontconsacr´ee e a`m’introduiredanslemondedelaphysiquedelamatie`re condens´ee.

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