Thèse en dynamique de réseau de l’alliage semi-conducteur magnétique à haute entropie Zn1-xMnxTe – Diffusion inélastique de la lumière et des neutrons – Nancy , France

En raison de leur structure simple (deux espèces de liaisons disposées de manière aléatoire sur un réseau cubique), les alliages semi-conducteurs zincblende A1-xBxC (SCA) constituent une référence pour explorer l’impact du désordre sur les propriétés physiques. En particulier, les propriétés vibrationnelles régies par la constante de force de liaison offrent potentiellement une sonde appropriée à l’échelle atomique ultime (là où se produit la substitution atomique). Une controverse de longue date depuis l’émergence de la SCA dans les années 1960 était de savoir si la vibration d’une liaison donnée est « aveugle » au désordre de l’alliage, c’est-à- dire qu’elle génère un mode unique à n’importe quelle composition (comme dans les composés AC et BC), ou réellement « ? voit » le désordre de l’alliage, c’est-à-dire se diversifie en un signal multimode (à clarifier en termes de nombre et de nature des modes) reflétant les fluctuations inhérentes à la composition de l’alliage à l’échelle locale. Au cours des dix-huit dernières années, notre groupe a introduit le modèle de percolation (PM)1 qui distingue les liaisons similaires selon qu’elles vibrent dans des environnements « identiques » ou « étrangers ». Le PM a été testé et validé sur les phonons et les polaritons de phonons de divers SCA bien appariés/WM et hautement mésappariés/HM, résolvant ainsi apparemment la controverse en faveur du deuxième scénario. 

Dans ce projet de doctorat, nous nous concentrons sur le WM/HM-SCA, désormais bien compris, pour nous attaquer au Zn1‑xMnx-SCA magnétique (avec Mn comme espèce magnétique), en utilisant Zn1-xMnxTe comme étude de cas.2,3 Des monocristaux Zn1-xMnxTe autonomes de grande taille et de haute qualité seront cultivés spécialement pour le projet sur un grand domaine x (x 

En ce qui concerne les phonons , l’orbitale 3D s’hybride dans les liaisons Mn tétraédriques mais pas dans les liaisons Zn – parce que les électrons 3D sont moins étroitement liés dans Mn que dans Zn. Cela fragilise la structure cristalline du M-SCA à base de Zn1-xMnx, exaltant les propriétés vibrationnelles et conduisant éventuellement à un comportement « exotique » des phonons. En fait, le signal Raman de Zn1-xMnxTe est attribué en termes de type intermédiaire rare (donc indéterminé) dans la classification historique du comportement en mode phonon de SCA.2,3,5 Cela pourrait refléter un manque de compréhension, ce qui stimule un réexamen minutieux au sein du PM. Quant aux phonons-polaritons de Zn1-xMnxTe, ils restent inexplorés. Les SCA à base de ZnTe présentent une large bande interdite et sont donc transparents à l’excitation laser visible. Cela offre une chance d’étudier leurs phonons-polaritons par diffusion Raman directe (opérant schématiquement en « transmission »). Enfin, une incorporation importante de Mn pourrait générer une excitation magnétique collective, c’est-à-dire un magnon , susceptible d’être détectée par Raman (comme observé avec Cd1-xMnxTe6) ainsi que par diffusion de neutrons (comme observé avec MnTe7). 

D’une manière générale, notre ambition est de réaliser une étude fondamentale cohérente des excitations dynamiques collectives (phonons, phonons-polaritons, magnon) de Zn1-xMnxTe dans toute la zone de Brillouin, c’est-à-dire depuis les phonons-polaritons centre-zone jusqu’à la zone- phonons de bord/magnon, en combinant la diffusion inélastique de la lumière (Raman) et la diffusion inélastique des neutrons, avec une diffraction Raman/rayons X à haute pression (à l’aide d’une cellule à enclume de diamant) et des calculs de phonons ab initio à l’appui.

Le doctorant sera au centre du projet se déroulant au sein du laboratoire international sans mur ViSA-IRP ( Vibrations of S emiconductor A lloys – I nternational Relationship P roject , 2024 – 2028) financé par le LUE (Université de Lorraine). d’excellence). Elle/il sera directement impliqué/responsable de la croissance cristalline (Toruń, Pologne), des mesures Raman (haute pression) (Metz) et de toutes les mesures effectuées sur les installations nationales, à réaliser en collaboration : haute pression X -diffraction des rayons (avec les sources synchrotrons SOLEIL ou ESRF, France) et diffusion inélastique des neutrons (avec le réacteur à neutrons de l’ILL – France) – l’accès aux installations de taille nationale étant conditionné à l’acceptation des propositions. Bien que le projet de thèse soit principalement de nature expérimentale, l’étudiant sera également impliqué dans des calculs de phonons ab initio (code SIESTA,8 Metz) venant en soutien à la discussion de toutes les données vibrationnelles. 

Références : 1Pages et al . Physique ; Rév.B 77, 125208 (2008); 2Peterson et al ., Phys. Rév. B 33 , 1160 (1986); 3Talwar et al ., Chimie et physique des matériaux 220 , 460 (2018) ; 4Strzałkowski et al. , Matériaux 16 , 3945 (2023); 5Oles et al ., J. Phys. C : Physique à l’état solide. 18 , 6289 (1985); 6Venugopalan et al. , Phys. Rév. B 25 , 2681 (1982); 7Szuskiewicz et al. , Phys. Stat. Sol. C3 , 1141 (2005); 8Garcia et al ., J. Chem. Phys. 512 , 204108 (2020).

Contact  : O. Pagès, LCP-A2MC, Université de Lorraine, Metz, France

                              olivier.pages@univ-lorraine.fr

Consortium international ViSA-IRP / 4 ans (2024 – 28) :

Site Internet :  https://lcp-a2mc.univ-lorraine.fr/projets-de-recherche/ViSA-IRP

PL – Toruń : Croissance cristalline (Prof. Strzałkowski & Mme Marasek)

PL – Varsovie : Diffraction des rayons X (Prof. Paszkowicz & Dr. Minikayev)

IN – Mumbai : Diffusion inélastique des neutrons (Dr Rao)

FR – Paris : Diffraction des rayons X haute pression (Dr Polian)

Diffusion Raman haute pression/basse température (Dr Polian)

PT – Aveiro :       Ab initio (AIMPRO) Calculs Raman, Prof. Torres)

FR – Nancy : Résonance Magnétique Nucléaire Solide (Dr Gardiennet & Dr Kervern)

FR – Metz : Ellipsométrie spectroscopique (Prof. En Naciri & Dr. Broch)

FR – Metz : Diffusion Raman haute pression (Prof. Pagès & M. Franchetti)

Calculs de phonons ab initio (SIESTA) (Prof. Postnikov)

Modèle de percolation (Prof. Pagès)

Thèse PhD-LUE (ViSA – IRP) :

• Ce projet PhD-LUE sera mené de manière à offrir la possibilité d’un double diplôme, à obtenir à la fois à Metz et à Toruń. Dans cette optique, le doctorant (hébergé à Metz) passera environ 6 mois sur les trois années de la thèse de doctorat à Toruń (pour la croissance cristalline et l’analyse de structure).
• Bourse de thèse LUE (Lorraine Université Excellence) : env. 1500 € de salaire net par mois sur 36 mois.

Site Internet de l’Ecole Doctorale (C2MP, Université de Lorraine) où les candidats peuvent postuler  :

http://doctorat.univ-lorraine.fr/fr/les-ecoles-doctorales/c2mp/offres-de-these