27 septembre 2016
Une conversion spin/charge très efficace et entièrement modulable à l’interface entre deux oxydes
Contact : Laurent Vila

A l’interface entre le titanate de strontium et l’aluminate de lanthane se forme un système d’électrons bidimensionnel. En utilisant une technique d’injection de spin dynamique, nous avons pu démontrer un taux record de conversion du courant de spin en un courant de charge, qui de plus est pour la première fois modulable en intensité et en signe par l’action d’une grille électrostatique.

 

A la différence de l’électronique classique, la spintronique (ou électronique de spin) tire parti du spin des électrons plutôt que de leur charge. Les matériaux ferromagnétiques sont ainsi traditionnellement utilisés car ils permettent de polariser en spin le courant électrique. Ceci engendre des effets de magnétorésistance, c’est-à-dire de changement de résistance suivant l’état magnétique du système, et, à l’inverse, permet de moduler cet état magnétique en transférant le moment de spin porté par le courant. Ceci sert notamment de principe de base au fonctionnement des mémoires magnétiques actuelles pour les étapes de lecture et d’écriture; ces mémoires pouvant ainsi être à la fois non volatiles, compactes et rapides.

Depuis quelques années, l’intérêt de la recherche fondamentale s’est porté sur l’utilisation d’un effet relativiste, le couplage spin-orbite, pour générer des courants de spin, cette fois dans des matériaux non magnétiques. Comme son nom l’indique, cet effet couple le spin et le moment orbital de l’électron, et permet de manipuler le spin de l’électron. Son utilisation permet de révolutionner la façon dont fonctionnent les dispositifs spintroniques tels que les mémoires, les générateurs micro-ondes ou les opérations logiques basées sur le spin.

Dans le système d’électrons bidimensionnel présent à l’interface entre le titanate de strontium et l’aluminate de lanthane existe justement un couplage spin-orbite, dit couplage Rashba. Nous avons utilisé une technique permettant de générer un courant de spin par la mise en précession de l’aimantation d’un matériau en contact tunnel avec le système d’électrons bidimensionnel (par transfert de moment angulaire). Ce dernier s’est montré particulièrement intéressant pour ainsi convertir le courant de spin injecté en un courant de charge transverse via le couplage Rashba. La conversion obtenu est remarquable, de par son efficacité, mais également car elle est modulable en amplitude et en signe par l’action d’une tension de grille. C’est la première fois qu’un tel effet de modulation a ainsi pu être obtenu. Cette démonstration ouvre la porte à diverses études sur l’utilisation de ce fort taux de conversion sur la manipulation de l’aimantation, la recherche de nouvelles sources de courant de spin modulable aussi bien que le transistor à spin, notamment car il est en principe possible de réaliser également l’opération inverse, c’est-à-dire de générer un moment angulaire (de spin) depuis un courant électrique (de charge).

Ce travail est le fruit d’une collaboration entre des équipes de Spintec et Symmes de l’Institut Nanosciences et Cryogénie INAC (Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS) et de l’unité mixte de Physique CNRS Thalès à Palaiseau (Université Paris Sud, CNRS, Thalès).

Référence:

Highly efficient and tunable spin-to-charge conversion through Rashba coupling at oxide interfaces.

E. Lesne, Y. Fu, S. Oyarzun, J.C. Rojas-Sanchez, D.A.C. Vaz, H. Naganuma, J.-P. Attané, M. Jamet, J.-M. George, A. Barthélémy, H. Jaffrès, A. Fert, M. Bibes and L. Vila.

Nature Materials (2016), DOI: http://dx.doi.org/10.1038/NMAT4726

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4726.html

Cet article est l'objet d'un focus "News and Views" dans le numéro de novembre 2016 de Nature Materials, rédigé par Sergio Caprara de l'Université La Sapienza de Rome : Oxide interfaces: Spin-to-charge current conversion

 

Maj : 23/11/2016 (1185)

 

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