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1 EA 2081 - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

Abstract : This thesis is particularly devoted to the study of ferromagnetism in diluted systems, particularly in diluted magnetic semiconductors DMS. The formalism, based on finite temperature Green functions, is very general to study magnetism and transport in disordered systems. First, it is shown that the often used mean field - RKKY approach MF-RKKY is not suitable to describe in a general way the magnetic properties of diluted systems. A better treatment of the Heisenberg RKKY Hamiltonian within self consistent local RPA theory SC-LRPA allowed us to show particularly that MF-RKKY approaches largely overestimate both critical temperatures and extent of the ferromagnetism stability region. Thereafter we study the non-perturbative -V-Jpd- model by exact diagonalization for each disordered configuration and one calculates explicitly the corresponding magnetic exchanges. Apart from the perturbative limit, these exchanges are not of RKKY type. Then the effective Heisenberg Hamiltonian is treated within SC-LRPA. This two step approach shows more precisely i the importance of disorder and thermal and transverse fluctuations and ii that the Coulomb potential V plays a crucial role to understand the origin of the ferromagnetism in DMS. This minimal model wich takes account of the percolation and multiple scattering of the itinerant carriers over the impurities, gives a unified description of DMS-s. Lastly, a numerical study of finite size effects and importance of statistical sampling have pointed out severe insufficiencies of the « full » Monte Carlo treatment of the diluted -V-Jpd- model. This microscopic model fills the gap between oversimplified treatments and approaches based on ab initio calculations.

Résumé : Ce travail de thèse est surtout consacré à l-étude du ferromagnétisme dans les systèmes désordonnés, en particulier les semiconducteurs magnétiques dilués DMS. Le formalisme utilisé, basé sur les fonctions de Green à température finie, est très général pour l-étude du magnétisme et du transport dans ces systèmes. Dans un premier temps, il est montré que l-approche champ moyen - RKKY MF-RKKY souvent utilisée n-est pas appropriée pour décrire les propriétés magnétiques des systèmes dilués. Un meilleur traitement du Hamiltonien de Heisenberg RKKY dans le cadre de la théorie RPA locale auto cohérente SC-LRPA a permis de montrer en particulier que l-approche MF-RKKY surestime largement les températures critiques ainsi que l-étendue de la zone de stabilité du ferromagnétisme. Dans un second temps on étudie le modèle non perturbatif « V-Jpd » par diagonalisation exacte pour chaque configuration de désordre et on calcule explicitement les échanges magnétiques. En dehors de la limite perturbative, ces échanges n-ont pas le caractère RKKY. Ensuite, le Hamiltonien de Heisenberg effectif est traité dans le cadre de la théorie SC-LRPA. Cette approche en 2 étapes montre en particulier i l-importance du désordre et des fluctuations thermiques et transverses et ii que le potentiel coulombien V joue un rôle crucial pour comprendre l-origine du ferromagnétisme dans les DMS. Ce modèle minimal tient compte de la percolation et des diffusions multiples des porteurs itinérants sur les impuretés et permet d-unifier la description des DMS. Enfin, une étude numérique des effets de taille finie et de l-importance de l-échantillonnage statistique a permis de montrer les insuffisances sévères du traitement Monté Carlo « complet » du modèle dilué « V-Jpd ». Ce modèle microscopique permet de combler le fossé entre les approches modèles trop simplistes et celles basées sur les calculs ab initio.

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Keywords : Disordered systems diluted magnetic semiconductors magnetism finite temperature Green-s functions self-consistent local RPA exact diagonalisation localization microscopic models thermal and transverse fluctuations

Mots-clés : Systèmes désordonnés semiconducteurs magnétiques dilués magnétisme percolation fonctions de Green à température finie RPA locale auto-cohérente diagonalisation exacte transport localisation modèles microscopiques simulations numériques fluctuations thermiques et transverses





Author: Richard Bouzerar -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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