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Les semiconducteurs IIIV et leurs hétérostructures offrent un important potentiel d'applications en microélectronique et en optoélectronique. L'utilisation de méthodes expérimentales sophistiquées est nécessaire aux études fondamentales de ces matériaux ainsi qu'aux travaux de conception et d'optimisation de nouveaux dispositifs. Les études expérimentales que nous effectuons sont basées principalement sur l'utilisation de champs magnétiques intenses comme outil d'exploration des propriétés physiques. Ce genre d'études n'est pas réalisé dans les milieux industriels ou proches de l'industrie. Elles apportent ainsi des informations pertinentes aux personnes s'occupant de la réalisation de dispositifs, tout en permettant d'effectuer des travaux originaux sur le plan fondamental.
Développer l'utilisation des champs magnétiques intenses, couplée à plusieurs autres techniques expérimentales, comme moyen d'exploration des propriétés physiques de matériaux d'intérêt technologique. Un autre objectif réside dans le développement d'une technologie submicronique, en collaboration avec des chercheurs de génie électrique, pour la réalisation locale de dispositifs et de structures à dimensionalité réduite à base de composés III-V.
Plusieurs types de mesures sont utilisés: mesures électriques sous champ magnétique intense (magnétorésistance, effet Hall), propriétés optiques (photoluminescence, photoconductivité, transmission), propriétés magnéto-optiques dans l'infrarouge lointain (résonance cyclotron, photoconductivité). Ces techniques sont couplées à l'utilisation de pression hydrostatique, qui est générée à l'aide de cellules métalliques à piston pouvant se placer à l'intérieur de cryostats et de bobines supraconductrices. Ces cellules permettent d'atteindre 12 kbar (300K) ou 10 kbar (4.2K), et sont munies d'une fenêtre de saphir ainsi que d'un passage de fils étanche rendant possible la réalisation de mesures optiques et électriques.
Le montage expérimental comprend un aimant supraconducteur de 16 teslas, un cryostat à température variable (2K <T< 300K), un cryostat à 3He, un laser moléculaire permettant d'obtenir des raies dans la gamme de longueurs d'onde 40µm< lambda <2mm, ainsi que l'équipement nécessaire aux mesures optiques dans le visible et le proche infrarouge. Le cryostat à 3He, qui peut être inséré dans l'aimant, permet d'atteindre les très basses températures (0.3K), tout en étant compatible avec l'utilisation de cellules de pression.
Nos études ont notamment porté sur les composés GaInAs/InP et GaInAsP /InP (Bell-Northern Research et Conseil national de recherches, Ottawa). Des mesures de résonance de spin (transition entre les niveaux de Landau n=0+ et n=0-) ont été effectuées sur le composé ternaire GaInAs à l'aide d'une technique de photoconductivité dans l'infrarouge lointain. Ces mesures, réalisées sous une pression hydrostatique allant jusqu'à 10 kbar, permettent une détermination très précise du facteur g électronique et viennent donc parfaire nos connaissances de la structure de bandes de ce matériau. Des travaux ont également débuté relativement à la détermination des potentiels de déformation dans ces alliages ternaires et quaternaires, à partir de mesures de photoluminescence sous pression. La connaissance plus précise des potentiels de déformation est requise pour l'optimisation de dispositifs à couches contraintes (notamment les lasers à hétérostructures).
En collaboration avec le CNET-Bagneux, des mesures de résonance cyclotron ont été complétées sur les alliages quaternaires GaAlInAs/InP, eux aussi utilisés dans des applications optoélectroniques. Ces travaux ont permis la détermination de la masse effective électronique dans toute la gamme de composition de cet alliage (lorsqu'il est à l'accord de maille sur InP).
Les mesures de transmission dans l'infrarouge lointain ont été poursuivies sur des structures à fils quantiques réalisées par lithographie par faisceau d'électrons au CNRC à Ottawa (coll. A. Sachrajda). Les travaux sur les nanostructures prennent rapidement de l'ampleur en raison de la possibilité, maintenant effective, de réaliser localement de telles structures. La fabrication submicronique est assurée par J. Beauvais en génie électrique, à partir d'un système de lithographie par faisceau d'électrons. Nos premières structures à points de contact quantique ont été réalisées et testées à l'automne 94, et d'autres structures, à fils quantiques ou à boîtes quantiques, sont en cours de fabrication ou d'études physiques.
J. Beauvais (professeur)
D. Morris (professeur)
D. Houde (professeur)
C. Aktik (professeur)
L.A. Cury (post-doc)
S. Charlebois (étudiant du 2e cycle)
M. Buteau (étudiant du 2e cycle)
É. Lavallée (étudiant du 2e cycle)
A. Roth (CNRC, Ottawa)
H.C. Liu (CNRC, Ottawa)
A. Sachrajda (CNRC, Ottawa)
C. Miner (BNR, Ottawa)
J.P. Praseuth, (CNET, Bagneux)
M. Quillec (CNET, Bagneux)
J.C. Portal (INSA-CNRS, Toulouse)
This research activity is mainly focussed on the use of high magnetic fields as a tool to investigate the fundamental properties of III-V compounds and their heterostructures. The research program includes the study of optical properties (photoluminescence, photoconductivity), magneto-optical properties in the far-infrared (cyclotron resonance, photoconductivity) and transport properties under high magnetic field. Hydrostatic pressure can be coupled to these experimental set-ups through the use of liquid clamp cells, which can be inserted in cryostats and superconducting magnets. These cells are equipped with a sapphire window and a wire fit-through, allowing for optical and electrical measurements to be done. They can reach a pressure of 12kbar (300K) or 10kbar (4.2K). Measurements under magnetic field are done using a 16 Tesla magnet.
III-V materials have important industrial applications, and several collaborations have been established with industries or research laboratories where these materials are made. The recent work has been mainly dealing with ternary and quaternary alloys GaInAs /InP, GaInAsP/InP (Bell-Northern Research and National Research Council, both in Ottawa) and GaAlInAs/InP (CNET, Bagneux).
Transmission measurements in the far-infrared are under progress on quantum wire structures made at the NRC in Ottawa (coll. A. Sachrajda). Nanostructures studies are taking an increasing part of our activity. An e-beam lithography system is now operational in electrical engineering and gives us the possibility to realize sub-micron structures locally (coll. J. Beauvais).
Les composés organiques de la famille (TMTSF)2X (X= ClO4, PF6, ...) suscitent beaucoup d'intérêt en raison de la manifestation de propriétés physiques très anisotropes et de transitions de phase de nature antiferromagnétique, structurale, ou même supraconductrice. Les propriétés magnéto-optiques dans l'infrarouge lointain de ces matériaux ont été très peu étudiées jusqu'à maintenant. Les possibilités expérimentales du laboratoire peuvent donc potentiellement apporter des renseignements importants pour une meilleure compréhension des mécanismes physiques en cause dans les propriétés exhibées par ces composés.
Utiliser les mesures magnéto-optiques dans l'infrarouge lointain pour obtenir des données originales sur les propriétés physiques des composés (TMT SF)2X, ou d'autres composés aux propriétés fortement anisotropes, tel que TTF-TCNQ.
Nous privilégions les mesures de photoconductivité dans l'infrarouge lointain (40µm< lambda <2mm) et sous champ magnétique jusqu'à 16 T.
Nous avons rapporté les premières mesures de photoconductivité dans l'infrarouge lointain sur le composé (TMTSF)2ClO4. Des pics de photoconductivité sont observés lors des transitions de phase de type "onde de densité de spin" induites par le champ magnétique. Des excitations au travers du gap "onde de densité de spin" sont présumément à la base de cet effet. Des travaux similaires ont débuté sur (TMTSF)2 PF6 et sur TTF-TCNQ.
C. Bourbonnais (professeur)
L.G. Caron (professeur)
M. Poirier (professeur)
J. Lefebvre (étudiant au 3e cycle)
D. Jérome (Orsay)
Organic compounds of the family (TMTSF)2X (X= ClO4,
PF6, ...)
show very anisotropic physical properties and phase transitions
that can have a structural, antiferromagnetic, or even superconductor
type. Because of that, these materials have attracted a lot of
interest recently. We have made the first far-infrared photoconductivity
measurements on (TMTSF)2ClO4. Photoconductivity peaks are observed
when magnetic field-induced spin density wave transitions occur.
These peaks are presumably associated with excitations across
the spin density wave gap. Similar work has started on (TMTSF)2 PF6
and on TTF-TCNQ.
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Denière mise à jour, 13 janvier 1997
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