Optical spectroscopy of spin dynamics in CdMnTe nanostructures

We studied Mn spin dynamics in II-VI magnetic quantum wells and quantum dots and we showed the complex dynamics of these Mn is driven by their coupling to different solid excitations. The environment importance has been investigated while varying the studied structures dimensionality, their Mn concentration or the applied magnetic field. We demonstrate that depending on these variables values, the coupling of one of the solid excitations with the Mn generally overcomes the other ones. Thanks to magneto-optical micro-spectroscopic studies of magnetic quantum dots, we first proved the influence of photocreated carriers in the vicinity of quantum dots over the Mn dynamics. These carriers induce a heating effect due to a flip-flop mechanism between carriers and Mn, and controlled by a positive feedback loop. Moreover, this effect is all the more important than magnetic field and Mn concentration are low and than system dimensions are small. Then, the experimental development of a "high" pulsed magnetic field technique allowed us to optically probe the Mn dynamics in magnetic quantum wells. This results in the observation of a very fast Mn dynamics, under zero or low magnetic field, and for low Mn concentration. This dynamics, not well understood yet, seems to be due to the evolution, during the field pulse, of isolated Mn whose internal energetic structure is complex because of hyperfine interaction and strains.
Nous avons étudié la dynamique de spins de Mn dans des boîtes et des puits quantiques magnétiques II-VI, et mis en évidence que la dynamique complexe de ces Mn est régie par leur couplage avec les différentes excitations du solide. L'influence de l'environnement a notamment été explorée en fonction de la dimensionnalité des structures étudiées, de leur concentration en Mn ou du champ magnétique appliqué. Nous avons montré qu'en fonction de la valeur de ces variables, le couplage d'une des excitations du solide avec les Mn prend généralement le pas sur les autres. Grâce à des études de micro-spectroscopie magnéto-optique de boîtes quantiques magnétiques, nous avons d'abord mis en exergue l'influence des porteurs photocréés au voisinage des boîtes sur la dynamique des Mn. Ces porteurs génèrent un effet de chauffage des Mn via un mécanisme de flip-flop entre porteurs et Mn, contrôlé par une boucle de rétroaction positive. De plus, cet effet est d'autant plus important que le champ magnétique et la concentration en Mn sont faibles et que les dimensions du système sont petites. Ensuite, le développement expérimental d'une technique de "fort" champ magnétique pulsé nous a permis de sonder optiquement la dynamique des Mn dans des puits quantiques magnétiques. Ceci a permis d'observer une dynamique très rapide des Mn, en champ magnétique nul ou au voisinage, et à faible concentration en Mn. Cette dynamique, encore mal comprise, semblerait être liée à l'évolution, pendant l'impulsion de champ, de Mn isolés dont la structure énergétique interne est complexe à cause de l'interaction hyperfine et des contraintes.