Soutenance de thèse de Sueyeong KANG

Cette étude examine les propriétés structurelles et magnétiques des films minces de MnGe1-xSix déposés sur des substrats Ge(111) avec des concentrations de silicium (x) variant de 0 à 1. Les films minces de MnGe sur Ge(111) et de MnSi sur Si(111) présentent tous deux une structure hexagonale D8 (P63/mcm) mais diffèrent dans leurs propriétés magnétiques, le MnGe étant ferromagnétique et le MnSi affichant un comportement antiferromagnétique complexe. Étant donné leurs propriétés distinctes, le système ternaire MnGe1-xSix est également d'un grand intérêt. En raison des recherches limitées précédentes concernées uniquement par le système MnGe1-xSix en vrac et polycristallin, cette étude s'est principalement concentrée sur les films minces de MnGe1-xSix. Ces films minces cristallins ont été produits par épitaxie en faisceau moléculaire à travers la co-déposition d'atomes de manganèse, de germanium et de silicium. Une analyse complète utilisant des techniques de caractérisation structurelle, y compris la diffraction d'électrons à haute énergie par réflexion, la microscopie à force atomique, la microscopie électronique en transmission et la diffraction des rayons X, a révélé qu'à mesure que la substitution du silicium augmentait, les films subissaient des dislocations à l'interface du substrat ainsi qu'une contraction des paramètres de réseau a et c. De plus, une augmentation de la rugosité de surface et une dégradation de la cristallinité ont été observées. Les mesures magnéto-métriques utilisant la magnétométrie par échantillon vibrant et la magnétométrie par interférence quantique supraconductrice ont montré un comportement ferromagnétique persistant à toutes les concentrations de silicium, avec le moment ferromagnétique moyen par atome de manganèse diminuant de 2,33 à 0,05 µB/Mn atome. Contrairement aux échantillons en vrac, aucune transition vers un comportement antiferromagnétique n'a été observée. Des investigations supplémentaires utilisant la résonance magnétique nucléaire ont fourni plus de détails sur les moments magnétiques locaux de deux sous-réseaux de manganèse différents, notés Mn 6g et Mn 4d. La substitution de silicium/germanium a créé de nouveaux environnements de manganèse principalement dans le sous-réseau Mn 6g, entraînant des moments magnétiques significativement plus faibles, tandis que le sous-réseau Mn 4d est resté largement inchangé.

This study investigates the structural and magnetic properties of MnGe1-xSix thin films grown on Ge(111) substrates with silicon concentrations (x) ranging from 0 to 1. MnGe on Ge(111) and MnSi on Si(111) thin films both exhibit a hexagonal D8 (P63/mcm) structure but differ in their magnetic properties, with MnGe being ferromagnetic and MnSi displaying complex anti-ferromagnetic behavior. Given their distinct properties, the ternary system MnGe1-xSix is also of great interest. Due to the limited previous research only concerned with bulk and polycrystalline MnGe1-xSix system, this study mainly focused on MnGe1-xSix thin films. These crystalline thin films were produced using molecular beam epitaxy through the co-deposition of manganese, germanium, and silicon atoms. Comprehensive analysis using structural characterization techniques, including reflection high-energy electron diffraction, atomic force microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray diffraction, revealed that as silicon substitution increased, the films experienced dislocations at the substrate interface as well as shrinking lattice parameter a and c. Additionally, an increase in surface roughness and degraded crystallinity was observed. Magnetometric measurements using vibrating sample magnetometry and superconducting quantum interference device magnetometry showed persistent ferromagnetic behavior across all silicon concentrations, with the average ferromagnetic moment per manganese atom decreasing from 2.33 to 0.05 µB/Mn atom. Contrary to bulk, no transition to antiferromagnetic behavior was observed. Further investigation using nuclear magnetic resonance provided more details on the local magnetic moments of two different manganese sublattices, denoted as Mn 6g and Mn 4d. Silicon/germanium substitution created new manganese environments mainly in the Mn 6g sublattice, resulting in significantly lower magnetic moments, while the Mn 4d sublattice remained largely unaffected.