21 juillet 2017
Génération d’une tension d’effet Hall de spin à grande échelle dans le germanium
Contact : Matthieu Jamet

Le germanium apparaît comme un matériau très prometteur pour les applications en spintronique. Il est tout d’abord compatible avec la technologie silicium, le temps de vie du spin y est très long, y compris à température ambiante, et enfin, ses propriétés optiques tombent précisément dans la fenêtre des télécommunications. Jusqu’à maintenant, l’accumulation de spin dans le germanium était réalisée électriquement par injection d’un courant de charge polarisé en spin à partir d’un matériau ferromagnétique. Dans ce travail, nous avons utilisé l’effet Hall de spin, basé sur le couplage spin-orbite, pour générer un pur courant de spin uniforme dans un canal de germanium dopé n. L’accumulation de spin est générée transversalement à partir d’un courant de charge dans le germanium. Elle est équivalente à une aimantation effective que l’on détecte à l’aide de la microscopie Kerr polaire à basse température.

Nous avons obtenu des densités de spin de l’ordre de 400 µm-3 aux bords d’une piste de 100 µm de large de germanium pour un champ électrique appliqué inférieur à 5 mV/µm. La densité de spin décroît linéairement jusqu’au centre de la piste à cause de la grande longueur de diffusion de spin dans le germanium. En comparaison, la décroissance est très rapide et exponentielle dans le cas des semi-conducteurs du groupe III-V comme le GaAs du fait de la longueur de diffusion très courte dans ces matériaux (typiquement un ordre de grandeur plus petite que dans le germanium). Il est donc possible de générer une accumulation de spin dans le germanium sur de grandes échelles, ici une centaine de micromètres. En étudiant le signal d’accumulation de spin en fonction du champ électrique appliqué et de la température, nous avons mis en évidence la conversion d’un courant de charge en courant de spin jusqu’à 120 K.

Ces résultats permettent d’envisager la réalisation d’un dispositif spintronique multi-terminaux où différentes tensions de spin peuvent être utilisées comme entrées dans un circuit de logique magnétique intégré sur germanium.

Collaborateurs:

C. Zucchetti, F. Bottegoni, S. Dal Conte, J. Frigerio, E. Carpene, G. Isella, F. Ciccacci, G. Cerullo, and M. Finazzi, Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italy

Papier:

F. Bottegoni et al., “Spin-Hall Voltage over a Large Length Scale in Bulk Germanium”, Phys. Rev. Lett. 118, 167402 (2017).

Focus: Germanium Revived from the Spintronics Graveyard

 

 

Maj : 21/07/2017 (1255)

 

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