Spin glass behaviour and spin-dependent scattering in la 0.7Ca 0.3Mn 0.9Cr 0.1O 3 perovskites

The magnetic, electrical and thermal transport properties of the perovskite La 0.7Ca 0.3Mn 0.9Cr 0.1O 3 have been investigated by measuring dc magnetization, ac susceptibility, the magnetoresistance and thermal conductivity in the temperature range of 5-300K. The spin glass behaviour with a spin freezing temperature of 70 K has been well confirmed for this compound, which demonstrates the coexistence and competition between ferromagnetic and antiferromagnetic clusters by the introduction of Cr. Colossal magnetoresistance has been observed over the temperature range investigated. The introduction of Cr causes the "double-bump" feature in electrical resistivity ρ(T). Anomalies on the susceptibility and the thermal conductivity associated with the double-bumps in ρ(T) are observed simultaneously. The imaginary part of ac susceptibility shows a sharp peak at the temperature of insulating-metallic transition where the first resistivity bump was observed, but it is a deep-set valley near the temperature where the second bump in ρ(T) emerges. The thermal conductivity shows an increase below the temperature of the insulating-metallic transition, but the phonon scattering is enhanced accompanying the appearance of the second peak of double-bumps in ρ(T). We relate those observed in magnetic and transport properties of La 0.7Ca 0.3Mn 0.9Cr 0.1O 3 to the spin-dependent scattering. The results reveal that the spin-phonon interaction may be of more significance than the electron (charge)-phonon interaction in the mixed perovskite system. © 2005 Chinese Physical Society and IOP Publishing Ltd.

Spin relaxation in diluted magnetic semiconductor quantum dots

Electron spin relaxation induced by phonon-mediated s-d exchange interaction in a II-VI diluted magnetic semiconductor quantum dot is investigated theoretically. The electron-acoustic phonon interaction due to piezoelectric coupling and deformation potential is included. The resulting spin lifetime is typically on the order of microseconds. The effectiveness of the phonon-mediated spin-flip mechanism increases with increasing Mn concentration, electron spin splitting, vertical confining strength, and lateral diameter, while it shows nonmonotonic dependence on the magnetic field and temperature. An interesting finding is that the spin relaxation in a small quantum dot is suppressed for strong magnetic field and low Mn concentration at low temperature.

Investigations on optical properties of AlGaInN epilayers grown by mocvd

Microscopic luminescence and Raman scattering study was carried on AIInGaN quaternary alloy. Based on the analyses of SEM image and cathodoluminescence spectra measured around V-defects, the correlation between V-defect formation and indium segregation was clarified. Raman scattering of thin AlInGaN epilayers was investigated by using the short wavelength excitation of 325nm laser line. The frequency shift of A(1)(LO) phonon induced by the change of Al composition in alloy was observed. The Raman scattering of LO phonons was found to be resonantly enhanced with outgoing resonance, and it is attributed to the cascade-like electron-multiphonon interaction mechanism.

Electron effective mass and resonant polaron effect in CdTe/CdMgTe quantum wells

Cyclotron resonance in CdTe/CdMgTe quantum wells (QWs) was studied. Due to the polaron effect the zero-field effective mass is strongly influenced by the QW width. The experimental data have been described theoretically by taking into account electron-phonon coupling and the nonparabolicity of the conduction band. The subband structure was calculated self-consistently. The best fit was obtained for an electron-phonon coupling constant alpha = 0.3 and bare electron mass of m(b) = 0.092m(0).

Temperature dependence of polaron cyclotron resonance mass in GaAs/AlGaAs heterostructures

The temperature dependence of polaron cyclotron resonance mass in GaAs/AlGaAs heterostructures is reinvestigated theoretically. By taking into account the electron-longitudinal-optic phonon interaction with temperature-dependent many-body effects, the conduction band non-parabolicity, and the influence of nonzero magnetic field, a good agreement with experiment is obtained.

Resonant magnetopolaron effects in GaAs/AlGaAs multiple quantum well structures

A detailed experimental study of electron cyclotron resonance (CR) has been carried out at 4.2 K in three modulation-doped GaAs/Al0.3Ga0.7As multiple quantum well samples in fields up to 30 T. A strong avoided-level-crossing splitting of the CR energies due to resonant magnetopolaron effects is observed for all samples near the GaAs reststrahlen region. Resonant splittings in the region of AlAs-like interface phonon modes of the barriers are observed in two samples with narrower well width and smaller doping concentration. The interaction between electrons and the AlAs interface optical phonon modes has been calculated for our specific sample structures in the framework of the memory-function formalism. The calculated results are in good agreement with the experimental results, which confirms our assignment of the observed splitting near the AlAs-like phonon region is due to the resonant magnetopolaron interaction of electrons in the wells with AlAs-like interface phonons. (C) 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Electron effective mass and resonant polaron effect in CdTe/CdMgTe quantum wells

Cyclotron resonance in CdTe/CdMgTe quantum wells (QWs) was studied. Due to the polaron effect the zero-field effective mass is strongly influenced by the QW width. The experimental data have been described theoretically by taking into account electron-phonon coupling and the nonparabolicity of the conduction band. The subband structure was calculated self-consistently. The best fit was obtained for an electron-phonon coupling constant alpha = 0.3 and bare electron mass of m(b) = 0.092m(0).

Resonant magnetopolaron effects in GaAs/AlGaAs multiple quantum well structures

A detailed experimental study of electron cyclotron resonance (CR) has been carried out at 4.2 K in three modulation-doped GaAs/Al0.3Ga0.7As multiple quantum well samples in fields up to 30 T. A strong avoided-level-crossing splitting of the CR energies due to resonant magnetopolaron effects is observed for all samples near the GaAs reststrahlen region. Resonant splittings in the region of AlAs-like interface phonon modes of the barriers are observed in two samples with narrower well width and smaller doping concentration. The interaction between electrons and the AlAs interface optical phonon modes has been calculated for our specific sample structures in the framework of the memory-function formalism. The calculated results are in good agreement with the experimental results, which confirms our assignment of the observed splitting near the AlAs-like phonon region is due to the resonant magnetopolaron interaction of electrons in the wells with AlAs-like interface phonons. (C) 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Experimental observation of dissociative electron attachment to S2O and S2O2 with a new spectrometer for unstable molecules

A new spectrometer, electron radical interaction chamber, has been developed to study dissociative electron attachment to unstable molecules such as free radicals. It includes a trochoidal electron monochromator and a time-of-flight mass spectrometer. Radicals are generated with a microwave discharge at 2.45 GHz. Preliminary data are presented for radicals formed when a mixture of helium and sulphur dioxide was passed through the microwave discharge. Several new resonances are observed with the discharge on. Resonances at 0 eV (S-), 0.8, 1.2, 3.0 eV (SO-) and 3.7 eV (SO- and S2O-) are assigned to the radical S2O2 and a resonance at 1.6 eV (S-) is assigned to S2O. No new resonances have been assigned to SO, which was also generated in the microwave discharge.

Correlated electron-ion dynamics: the excitation of atomic motion by energetic electrons

Correlated electron-ion dynamics (CEID) is an extension of molecular dynamics that allows us to introduce in a correct manner the exchange of energy between electrons and ions. The formalism is based on a systematic approximation: small amplitude moment expansion. This formalism is extended here to include the explicit quantum spread of the ions and a generalization of the Hartree-Fock approximation for incoherent sums of Slater determinants. We demonstrate that the resultant dynamical equations reproduce analytically the selection rules for inelastic electron-phonon scattering from perturbation theory, which control the mutually driven excitations of the two interacting subsystems. We then use CEID to make direct numerical simulations of inelastic current-voltage spectroscopy in atomic wires, and to exhibit the crossover from ionic cooling to heating as a function of the relative degree of excitation of the electronic and ionic subsystems.

Inelastic quantum transport in nanostructures: The self-consistent Born approximation and correlated electron-ion dynamics

A dynamical method for inelastic transport simulations in nanostructures is compared to a steady-state method based on nonequilibrium Green's functions. A simplified form of the dynamical method produces, in the steady state in the weak-coupling limit, effective self-energies analogous to those in the Born approximation due to electron-phonon coupling. The two methods are then compared numerically on a resonant system consisting of a linear trimer weakly embedded between metal electrodes. This system exhibits an enhanced heating at high biases and long phonon equilibration times. Despite the differences in their formulation, the static and dynamical methods capture local current-induced heating and inelastic corrections to the current with good agreement over a wide range of conditions, except in the limit of very high vibrational excitations where differences begin to emerge.

Extracting a more realistic pseudopotential for aluminum, lead, niobium and tantalum from superconductor electron tunnelling spectroscopy data

Electron tunnelling spectroscopy, developed to extract superconductive metals the electron-phonon spectral density, $\alpha^2F(\nu)$, is found to be a powerful tool also for extracting a more realistic pseudopotential from such metals. The pseudopotential so extracted has a range of surprising but physically reasonable properties and regenerates $\alpha^2F(\nu)$ accurately. Free from most of its long-standing uncertainties, thie pseudopotential may be useful in a number of active fields.

Angular correlations in radiative cascades following resonant electron capture by highly charged ions

We investigate the angular correlations between the photons emitted in the dielectronic recombination (DR) of initially hydrogenlike heavy ions. The theoretical analysis is performed based on a density-matrix approach and Dirac's relativistic theory. Special emphasis has been placed upon the effects of the higher-order, nondipole terms in the expansion of the electron-photon interaction. To illustrate these effects, we present and discuss detailed calculations for K-LL DR of initially hydrogenlike xenon, gold, and uranium. These computations show that the angular correlations are significantly affected by interference between the leading electric-dipole (E1) and the magnetic-quadrupole (M2) transitions.

Méthode de calcul à N-corps basée sur la G0W0 : étude du couplage électron-phonon dans le C60 et développement d’une approche accélérée pour matériaux organiques

La présente thèse porte sur les limites de la théorie de la fonctionnelle de la densité et les moyens de surmonter celles-ci. Ces limites sont explorées dans le contexte d'une implémentation traditionnelle utilisant une base d'ondes planes. Dans un premier temps, les limites dans la taille des systèmes pouvant être simulés sont observées. Des méthodes de pointe pour surmonter ces dernières sont ensuite utilisées pour simuler des systèmes de taille nanométrique. En particulier, le greffage de molécules de bromophényle sur les nanotubes de carbone est étudié avec ces méthodes, étant donné l'impact substantiel que pourrait avoir une meilleure compréhension de ce procédé sur l'industrie de l'électronique. Dans un deuxième temps, les limites de précision de la théorie de la fonctionnelle de la densité sont explorées. Tout d'abord, une étude quantitative de l'incertitude de cette méthode pour le couplage électron-phonon est effectuée et révèle que celle-ci est substantiellement plus élevée que celle présumée dans la littérature. L'incertitude sur le couplage électron-phonon est ensuite explorée dans le cadre de la méthode G0W0 et cette dernière se révèle être une alternative substantiellement plus précise. Cette méthode présentant toutefois de sévères limitations dans la taille des systèmes traitables, différents moyens théoriques pour surmonter ces dernières sont développés et présentés dans cette thèse. La performance et la précision accrues de l'implémentation résultante laissent présager de nouvelles possibilités dans l'étude et la conception de certaines catégories de matériaux, dont les supraconducteurs, les polymères utiles en photovoltaïque organique, les semi-conducteurs, etc.

Propriétés optiques dans l'infrarouge des nanotubes de carbone et du graphène

Les nanotubes de carbone et le graphène sont des nanostructures de carbone hybridé en sp2 dont les propriétés électriques et optiques soulèvent un intérêt considérable pour la conception d’une nouvelle génération de dispositifs électroniques et de matériaux actifs optiquement. Or, de nombreux défis demeurent avant leur mise en œuvre dans des procédés industriels à grande échelle. La chimie des matériaux, et spécialement la fonctionnalisation covalente, est une avenue privilégiée afin de résoudre les difficultés reliées à la mise en œuvre de ces nanostructures. La fonctionnalisation covalente a néanmoins pour effet de perturber la structure cristalline des nanostructures de carbone sp2 et, par conséquent, d’affecter non seulement lesdites propriétés électriques, mais aussi les propriétés optiques en émanant. Il est donc primordial de caractériser les effets des défauts et du désordre dans le but d’en comprendre les conséquences, mais aussi potentiellement d’en exploiter les retombées. Cette thèse traite des propriétés optiques dans l’infrarouge des nanotubes de carbone et du graphène, avec pour but de comprendre et d’expliquer les mécanismes fondamentaux à l’origine de la réponse optique dans l’infrarouge des nanostructures de carbone sp2. Soumise à des règles de sélection strictes, la spectroscopie infrarouge permet de mesurer la conductivité en courant alternatif à haute fréquence des matériaux, dans une gamme d’énergie correspondant aux vibrations moléculaires, aux modes de phonons et aux excitations électroniques de faible énergie. Notre méthode expérimentale consiste donc à explorer un espace de paramètres défini par les trois axes que sont i. la dimensionnalité du matériau, ii. le potentiel chimique et iii. le niveau de désordre, ce qui nous permet de dégager les diverses contributions aux propriétés optiques dans l’infrarouge des nanostructures de carbone sp2. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la spectroscopie infrarouge des nanotubes de carbone monoparois sous l’effet tout d’abord du dopage et ensuite du niveau de désordre. Premièrement, nous amendons l’origine couramment acceptée du spectre vibrationnel des nanotubes de carbone monoparois. Par des expériences de dopage chimique contrôlé, nous démontrons en effet que les anomalies dans lespectre apparaissent grâce à des interactions électron-phonon. Le modèle de la résonance de Fano procure une explication phénoménologique aux observations. Ensuite, nous établissons l’existence d’états localisés induits par la fonctionnalisation covalente, ce qui se traduit optiquement par l’apparition d’une bande de résonance de polaritons plasmons de surface (nanoantenne) participant au pic de conductivité dans le térahertz. Le dosage du désordre dans des films de nanotubes de carbone permet d’observer l’évolution de la résonance des nanoantennes. Nous concluons donc à une segmentation effective des nanotubes par les greffons. Enfin, nous montrons que le désordre active des modes de phonons normalement interdits par les règles de sélection de la spectroscopie infrarouge. Les collisions élastiques sur les défauts donnent ainsi accès à des modes ayant des vecteurs d’onde non nuls. Dans une deuxième partie, nous focalisons sur les propriétés du graphène. Tout d’abord, nous démontrons une méthode d’électrogreffage qui permet de fonctionnaliser rapidement et à haute densité le graphène sans égard au substrat. Par la suite, nous utilisons l’électrogreffage pour faire la preuve que le désordre active aussi des anomalies dépendantes du potentiel chimique dans le spectre vibrationnel du graphène monocouche, des attributs absents du spectre d’un échantillon non fonctionnalisé. Afin d’expliquer le phénomène, nous présentons une théorie basée sur l’interaction de transitions optiques intrabandes, de modes de phonons et de collisions élastiques. Nous terminons par l’étude du spectre infrarouge du graphène comportant des îlots de bicouches, pour lequel nous proposons de revoir la nature du mécanisme de couplage à l’œuvre à la lumière de nos découvertes concernant le graphène monocouche.