On the artificial creation of the EL2 center by means of boron implantation in gallium arsenide

In the present work, an analysis of the dark and optical capacitance transients obtained from Schottky Au:GaAs barriers implanted with boron has been carried out by means of the isothermal transient spectroscopy (ITS) and differential and optical ITS techniques. Unlike deep level transient spectroscopy, the use of these techniques allows one to easily distinguish contributions to the transients different from those of the usual deep trap emission kinetics. The results obtained show the artificial creation of the EL2, EL6, and EL5 defects by the boron implantation process. Moreover, the interaction mechanism between the EL2 and other defects, which gives rise to the U band, has been analyzed. The existence of a reorganization process of the defects involved has been observed, which prevents the interaction as the temperature increases. The activation energy of this process has been found to be dependent on the temperature of the annealing treatment after implantation, with values of 0.51 and 0.26 eV for the as‐implanted and 400 °C annealed samples, respectively. The analysis of the optical data has corroborated the existence of such interactions involving all the observed defects that affect their optical parameters

Sum rules and short-range correlations in nuclear matter at finite temperature

The nucleon spectral function in nuclear matter fulfills an energy weighted sum rule. Comparing two different realistic potentials, these sum rules are studied for Greens functions that are derived self-consistently within the T matrix approximation at finite temperature.

Device for simultaneous measurement of the Peltier and Seebeck coefficients verification of the Kelvin relation

We have designed and built an experimental device, which we called a "thermoelectric bridge." Its primary purpose is simultaneous measurement of the relative Peltier and Seebeck coefficients. The systematic errors for both coefficients are equal with this device and manipulation is not necessary between the measurement of one coefficient and the other. Thus, this device is especially suitable for verifying their linear relation postulated by Lord Kelvin. Also, simultaneous measurement of thermal conductivity is described in the text. A sample is made up of the couple nickel¿platinum, taking measurements in the range of ¿20¿60°C and establishing the dependence of each coefficient with temperature, with nearly equal random errors ±0.2%, and systematic errors estimated at ¿0.5%. The aforementioned Kelvin relation is verified in this range from these results, proving that the behavioral deviations are ¿0.3% contained in the uncertainty ±0.5% caused by the propagation of errors

Kerr measurements on single-domain SrRuO3 thin films

We report on the magneto-optical measurements of an epitaxial SrRuO3 film grown on SrTiO3 (0 0 1), which previously was determined to be single domain orientated by x-ray diffraction and Raman spectroscopy techniques. Our experiments reveal a large Kerr rotation, which reaches a maximum value of about 0.5° at low temperature. By measuring magnetic hysteresis loops at different temperatures, we determined the temperature dependence of the Kerr rotation in the polar configuration. Values of the anisotropic magnetoresistance ~ 20% have been measured. These values are remarkably higher than those of other metallic oxides such as manganites. This striking difference can be attributed to the strong spin-orbit interaction of the Ru 4d ion in the SrRuO3 compound.

Polychlorinated trityl radicals for dynamic nuclear polarization: the role of chlorine nuclei

Polychlorinated trityl radicals bearing carboxylate substituents are water soluble persistent radicals that can be used for dynamic nuclear polarization. In contrast to other trityl radicals, the polarization mechanism differs from the classical solid effect. DFT calculations performed to rationalize this behaviour support the hypothesis that polarization is transferred from the unpaired electron to chlorine nuclei and from these to carbon by spin diffusion. The marked differences observed between neutral and anionic forms of the radical will be discussed.

Persistent random walk model for transport trough thin slabs

We present a model for transport in multiply scattering media based on a three-dimensional generalization of the persistent random walk. The model assumes that photons move along directions that are parallel to the axes. Although this hypothesis is not realistic, it allows us to solve exactly the problem of multiple scattering propagation in a thin slab. Among other quantities, the transmission probability and the mean transmission time can be calculated exactly. Besides being completely solvable, the model could be used as a benchmark for approximation schemes to multiple light scattering.

Effects of the epitaxial layer thickness on the noise properties of Schottky barrier diodes

An analytical theory to describe the combined effects of the epitaxial layer thickness and the ohmic contact on the noise properties of Schottky barrier diodes is presented. The theory, which provides information on both the local and the global noise properties, takes into account the finite size of the epitaxial layer and the effects of the back ohmic contact, and applies to the whole range of applied bias. It is shown that by scaling down the epitaxial layer thickness, the current regime in which the noise temperature displays a shot-noise-like behavior increases at the cost of reducing the current range in which the thermal-noise-like behavior dominates. This improvement in noise temperature is limited by the effects of the ohmic contact, which appear for large currents. The theory is formulated on general trends, allowing its application to the noise analysis of other semiconductor devices operating under strongly inhomogeneous distributions of the electric field and charge concentrations.

Effects of the epitaxial layer thickness on the noise properties of Schottky barrier diodes

An analytical theory to describe the combined effects of the epitaxial layer thickness and the ohmic contact on the noise properties of Schottky barrier diodes is presented. The theory, which provides information on both the local and the global noise properties, takes into account the finite size of the epitaxial layer and the effects of the back ohmic contact, and applies to the whole range of applied bias. It is shown that by scaling down the epitaxial layer thickness, the current regime in which the noise temperature displays a shot-noise-like behavior increases at the cost of reducing the current range in which the thermal-noise-like behavior dominates. This improvement in noise temperature is limited by the effects of the ohmic contact, which appear for large currents. The theory is formulated on general trends, allowing its application to the noise analysis of other semiconductor devices operating under strongly inhomogeneous distributions of the electric field and charge concentrations.

Dynamique de recombinaison dans les puits quantiques InGaN/GaN

Nous étudions la recombinaison radiative des porteurs de charges photogénérés dans les puits quantiques InGaN/GaN étroits (2 nm). Nous caractérisons le comportement de la photoluminescence face aux différentes conditions expérimentales telles la température, l'énergie et la puissance de l'excitation et la tension électrique appliquée. Ces mesures montrent que l'émission provient d'états localisés. De plus, les champs électriques, présents nativement dans ces matériaux, n'ont pas une influence dominante sur la recombinaison des porteurs. Nous avons montré que le spectre d'émission se modifie significativement et subitement lorsque la puissance de l'excitation passe sous un certain seuil. L'émission possède donc deux ``phases'' dont nous avons déterminé le diagramme. La phase adoptée dépend à la fois de la puissance, de la température et de la tension électrique appliquée. Nous proposons que la phase à basse puissance soit associée à un état électriquement chargé dans le matériau. Ensuite, nous avons caractérisé la dynamique temporelle de notre échantillon. Le taux de répétition de l'excitation a une influence importante sur la dynamique mesurée. Nous concluons qu'elle ne suit pas une exponentielle étirée comme on le pensait précédemment. Elle est exponentielle à court temps et suit une loi de puissance à grand temps. Ces deux régimes sont lié à un seul et même mécanisme de recombinaison. Nous avons développé un modèle de recombinaison à trois niveaux afin d'expliquer le comportement temporel de la luminescence. Ce modèle suppose l'existence de centres de localisation où les porteurs peuvent se piéger, indépendamment ou non. L'électron peut donc se trouver sur un même centre que le trou ou sur n'importe quel autre centre. En supposant le transfert des porteurs entre centres par saut tunnel on détermine, en fonction de la distribution spatiale des centres, la dynamique de recombinaison. Ce modèle indique que la recombinaison dans les puits InGaN/GaN minces est liée à des agglomérats de centre de localisation.

Étude des aimants quantiques et supraconducteurs non conventionnels

Une première partie de ce mémoire portera sur l’analyse des états fondamentaux ma- gnétiques de deux composés isolants et magnétiquement frustrés SrDy2O4 et SrHo2O4. Une étude de la chaleur spécifique à basse température sous l’effet de champs magné- tiques de ces échantillons a été menée afin de détecter la présence de transitions de phases. L’utilisation d’un composé isotructurel non magnétique, le SrLu2O4, a permis l’isolement de la composante magnétique à la chaleur spécifique. Les comportements observés sont non conformes avec les transitions magnétiques conventionnelles. De plus, le calcul de l’entropie magnétique ne montre qu’un recouvrement partiel de l’entropie associée à un système d’ions magnétiques. En second lieu, une analyse des oscillations quantiques de Haas-van Alphen a été effectuée dans le LuCoIn5, composé apparenté au supraconducteur à fermions lourds CeCoIn5. Les résultats obtenus montrent une topologie de la surface de Fermi très différente comparativement aux CeCoIn5 et LaCoIn5, ayant un comportement beaucoup plus tridimensionnel sans les cylindres caractéristiques présents chez les autres membres de cette famille. Finalement, le montage d’un système de détection PIXE a permis l’analyse nucléaire d’échantillons afin de déterminer la concentration de chacun des éléments les constituant. L’analyse a été effectuée sur une série d’échantillons YbxCe1−xCoIn5 dont le changement de concentration a des effets importants sur les propriétés du système.

Structures photoniques à base de nanocristaux de silicium

Il y a des indications que les nanocristaux de silicium (nc-Si) présentent un gain optique qui est potentiellement assez grand pour permettre l'amplification optique dans la gamme de longueurs d'ondes où une photoluminescence (PL) intense est mesurée (600- 1000 nm). Afin de fabriquer des cavités optiques, nous avons implantés des morceaux de silice fondue avec des ions de Si pour former une couche de nc-Si d'une épaisseur d'environ 1 μm. Le Si a été implanté à quatre énergies comprises entre 1 MeV et 1,9 MeV de manière à obtenir une concentration atomique de Si en excès variant entre 25% et 30%. Les pièces ont été flanquées de miroirs diélectriques composés de filtres interférentiels multicouches. Sur une plage de longueurs d'ondes d'environ 200 nm de large, un filtre réfléchit près de 100%, alors que l'autre a une réflexion moyenne d'environ 90%. Nous avons mesuré et comparé les spectres de PL de trois échantillons: le premier sans miroir, le second avec des filtres réfléchissant autour de 765 nm (entre 700 nm et 830 nm), et la troisième avec des filtres agissant autour de 875 nm (entre 810 nm et 940 nm). Lorsque les échantillons sont excités avec un laser pulsé à 390 nm, des mesures de photoluminescence résolue dans le temps (PLT) révèlent des taux de décroissance plus rapides en présence de miroirs dans le domaine de longueurs d'onde où ceux-ci agissent comparé aux échantillons sans miroirs. Aussi, l'intensité PL en fonction de la fluence d'excitation montre une augmentation plus rapide de la présence de miroirs, même si celle-ci reste sous-linéaire. Nous concluons que de l'émission stimulée pourrait être présente dans la cavité optique, mais sans dominer les autres mécanismes d'émission et de pertes.

Etude ab initio du pnicture de fer supraconducteur LaOFeAs

Le présent mémoire traite de la description du LaOFeAs, le premier matériau découvert de la famille des pnictures de fer, par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Plus particulièrement, nous allons exposer l’état actuel de la recherche concernant ce matériau avant d’introduire rapidement la DFT. Ensuite, nous allons regarder comment se comparent les paramètres structuraux que nous allons calculer sous différentes phases par rapport aux résultats expérimentaux et avec les autres calculs DFT dans la littérature. Nous allons aussi étudier en détails la structure électronique du matériau sous ses différentes phases magnétiques et structurales. Nous emploierons donc les outils normalement utilisés pour mieux comprendre la structure électronique : structures de bandes, densités d’états, surfaces de Fermi, nesting au niveau de Fermi. Nous tirerons profit de la théorie des groupes afin de trouver les modes phononiques permis par la symétrie de notre cristal. De plus, nous étudierons le couplage électrons-phonons pour quelques modes. Enfin, nous regarderons l’effet de différentes fonctionnelles sur nos résultats pour voir à quel point ceux-ci sont sensibles à ce choix. Ainsi, nous utiliserons la LDA et la PBE, mais aussi la LDA+U et la PBE+U.

É́tude sur la cinétique des défauts structuraux dans le silicium amorphe.

Cette thèse présente à la fois des résultats de simulations numériques en plus de ré- sultats expérimentaux obtenus en laboratoire sur le rôle joué par les défauts de structure dans le silicium amorphe. Nos travaux de simulation numérique furent réalisés avec une nouvelle méthode de simulation Monte-Carlo cinétique pour décrire l’évolution tempo- relle de modèles de silicium amorphe endommagés sur plusieurs échelles de temps jus- qu’à une seconde à la température pièce. Ces simulations montrent que les lacunes dans le silicium amorphe sont instables et ne diffusent pas sans être détruites. Nous montrons également que l’évolution d’un modèle de silicium amorphe endommagé par une colli- sion ionique lors d’un recuit peut être divisée en deux phases : la première est dominée exclusivement par la diffusion et la création/destruction de défauts de liaison, alors que la deuxième voit les créations/destructions de liens remplacées par des échanges de liens entre atomes parfaitement coordonnés. Les défauts ont aussi un effet sur la viscosité du silicium amorphe. Afin d’approfondir cette question, nous avons mesuré la viscosité du silicium amorphe et du silicium amorphe hydrogéné sous l’effet d’un faisceau d’ions. Nous montrons que la variation de la viscosité dans les deux matériaux est différente : le silicium amorphe hydrogéné a une viscosité constante en fonction de la fluence des ions alors que le silicium amorphe pur a une viscosité qui augmente de façon linéaire. Pour de faibles fluences, la viscosité du silicium hydrogéné est plus grande que la viscosité sans hydrogène. La présence d’hydrogène diminue également l’amplitude de la variation logarithmique de la contrainte observée lors de la relaxation à la température de la pièce.

Dynamique de recombinaison radiative dans les nanofils InGaN/GaN : étude détaillée de la photoluminescence

Mesures effectuées dans le laboratoire de caractérisation optique des semi-conducteurs du Prof. Richard Leonelli du département de physique de l'université de Montréal. Les nanofils d'InGaN/GaN ont été fournis par le groupe du Prof. Zetian Mi du département de génie électrique et informatique de l'université McGill.

Étude de la formation et de l'évolution de nanostructures par méthodes Monte Carlo

Cette thèse, composée de quatre articles scientifiques, porte sur les méthodes numériques atomistiques et leur application à des systèmes semi-conducteurs nanostructurés. Nous introduisons les méthodes accélérées conçues pour traiter les événements activés, faisant un survol des développements du domaine. Suit notre premier article, qui traite en détail de la technique d'activation-relaxation cinétique (ART-cinétique), un algorithme Monte Carlo cinétique hors-réseau autodidacte basé sur la technique de l'activation-relaxation nouveau (ARTn), dont le développement ouvre la voie au traitement exact des interactions élastiques tout en permettant la simulation de matériaux sur des plages de temps pouvant atteindre la seconde. Ce développement algorithmique, combiné à des données expérimentales récentes, ouvre la voie au second article. On y explique le relâchement de chaleur par le silicium cristallin suite à son implantation ionique avec des ions de Si à 3 keV. Grâce à nos simulations par ART-cinétique et l'analyse de données obtenues par nanocalorimétrie, nous montrons que la relaxation est décrite par un nouveau modèle en deux temps: "réinitialiser et relaxer" ("Replenish-and-Relax"). Ce modèle, assez général, peut potentiellement expliquer la relaxation dans d'autres matériaux désordonnés. Par la suite, nous poussons l'analyse plus loin. Le troisième article offre une analyse poussée des mécanismes atomistiques responsables de la relaxation lors du recuit. Nous montrons que les interactions élastiques entre des défauts ponctuels et des petits complexes de défauts contrôlent la relaxation, en net contraste avec la littérature qui postule que des "poches amorphes" jouent ce rôle. Nous étudions aussi certains sous-aspects de la croissance de boîtes quantiques de Ge sur Si (001). En effet, après une courte mise en contexte et une introduction méthodologique supplémentaire, le quatrième article décrit la structure de la couche de mouillage lors du dépôt de Ge sur Si (001) à l'aide d'une implémentation QM/MM du code BigDFT-ART. Nous caractérisons la structure de la reconstruction 2xN de la surface et abaissons le seuil de la température nécessaire pour la diffusion du Ge en sous-couche prédit théoriquement par plus de 100 K.