18 janvier 2014
Générer ou détecter une information de spin à l’interface entre des matériaux non magnétiques par effet Rashba
Contact : Laurent VILA

Figure : Principe d’injection d’un pur courant de spin des spin up (bleu) et down (rouge) circulant en sens inverse donnant lieu à la production d’un courant de charge à l’interface entre l’Argent (Ag) et Bismuth (Bi).

La spintronique, ou électronique de spin, se base sur l’utilisation de matériaux ferromagnétiques pour générer et manipuler une information basé sur le spin électronique plutôt que sur sa charge. Dans ce travail, nous démontrons qu’il est également possible d’utiliser l’effet Rashba présent à l’interface entre deux matériaux non-magnétiques.

La spintronique vise à tirer parti de l’état de spin des électrons plutôt que leur charge afin de véhiculer et manipuler une information. En effet, l’électron (ou un trou) porte une charge mais également un spin, ce qui est un degré supplémentaire pour véhiculer une information et permettre sa manipulation. L’approche conventionnellement utiliser consiste a faire passer un courant électrique dans un matériau ferromagnétique, le courant électrique va alors se polariser en spin, c’est-à-dire qu’en plus du flux de charge un flux de spin non nul va être produit, ce que l’on va appeler un courant de spin. La capacité à générer et détecter des courants de spin est cruciale. En effet, la manière dont les spins vont pouvoir s’écouler dans une structure va dépendre de son état d’aimantation, et de manière réciproque un flux suffisamment important de spin va permettre de contrôler cet état d’aimantation. Il découle d’ors et déjà de ces phénomènes des nombreuses applications innovantes, dans le domaine notamment des capteurs, des mémoires et des émetteurs micro-ondes.

Dans notre travail nous avons utilisé un système de couches minces de Bismuth et d’Argent. A la surface du Bismuth, notamment avec l’Argent, se développe un très fort effet Rashba. Le champ électrique à l’interface entre ces deux matériaux va alors agir sur le spin des porteurs à la manière d’un champ magnétique et produire un flux de spin en parallèle d’un courant de charge. Nous avons injecté un courant de spin sur cette interface et pu démontrer que ce courant est alors convertit en courant de charge. Ce mécanisme fondamental peut être particulièrement intéressant en vue de produire et détecter des courants de spin mais également pour la récupération de chaleur, en utilisant des matériaux faiblement conducteurs pour produire de forte puissance.

Ce travail a été réalisé en collaboration entre des équipes de l’institut Nanosciences et Cryogénie à Grenoble, l’unité Mixte de physique CNRS/Thales à Palaiseau et l’université de Zaragoza en Espagne. Ces recherches s’inscrivent dans un nouveau pan de recherche en spintronique, cherchant à utiliser l’interaction spin-orbite dans des matériaux non magnétiques pour générer et détecter des courants de spin.

 

Reference:
Spin to charge conversion using Rashba coupling at the interface between non-magnetic materials. J. C. Rojas Sanchez, L. Vila, G. Desfonds, S. Gambarelli, J.P. Attané, J. M. De Teresa, C.  Magén, A. Fert. Nat. Commun. 4:2944

doi: 10.1038/ncomms3944 (2013)

 

Maj : 18/04/2014 (1018)

 

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