Injection de spin dans les semi-conducteurs

La spintronique est un domaine qui rencontre à l’heure actuelle un grand engouement dans la communauté scientifique. En effet, en associant à l’électronique traditionnelle un nouveau degré de liberté, le spin des porteurs de charge, il est possible d’envisager de nombreuses applications potentielles qui pourront peut être révolutionner un jour l’électronique, l’informatique, la cryptographie…

 

Figure 1 Transistor à spin de Datta et Das [1]

L’expérience qui résume le mieux les principaux concepts de l’électronique de spin est le transistor de Datta et Das [1] qui est présenté à la figure 1. Cet objet présente beaucoup d’analogie avec un modulateur électro-optique. Dans ce cas-ci, le spin du porteur de charge joue le rôle de la polarisation du photon Comme indiqué sur la figure 1, le transistor à spin est constitué de quatre éléments : deux électrodes ferromagnétiques l’une servant à injecter les électrons l’autre à les collecter, un médium semiconducteur dans lequel se passe le transport des porteurs de charge et une grille permettant de contrôler le spin. Trois facteurss sont essentiels à la réussite du transistor à spin. D’une part réussir l’injection d’un courant polarisé en spin dans le semiconducteur, s’assurer que les porteurs ne se dépolarisent dans le semiconducteur et ensuite contrôler le spin des porteurs à l’aide de la grille (en utilisant l’effet Byshkov-Rashba).

 

Figure 2 : Principe de fonctionnement d’une spin LED

Notre activité scientifique se concentre sur le premier élément du transistor, c’est à dire le problème de l’injection. A l’heure actuelle, après des débuts difficiles, il a été démontré théoriquement et expérimentalement que l’injection directe au travers d’un contact ohmique d’un ferromagnétique vers un semiconducteur ne pouvait pas marcher [2]. Rashba[3], puis Fert et Jaffrès [4] ont proposé que l’injection se fasse au travers d’une barrière (Schottky ou tunnel). Depuis plusieurs groupes ont réalisé des expériences démontrant la justesse de ces modèles. Ils ont utilisé une détection optique de la polarisation injecté en utilisant une spin LED [5]. Le principe de ce dispositif repose sur les règles de sélections optiques dans les puits quantiques. Elles sont rappelées sur la figure 2. Des électrons polarisés sont injectés dans la bande de conduction du semi conducteur et diffuse vers le puits quantique. Des trous non polarisés arrivent dans le puits depuis le contact p. Dans un puits quantique il y a une levée de dégénérescence entre trous lourds et trous légers. La recombinaison d’un électron polarisé suivant l’axe de croissance du puits avec un trou lourd de la bande de valence aboutit donc a la création d’un photon circulairement polarisé. La mesure du dichroïsme permet donc d’évaluer le taux de polarisation des électrons dans le puits quantique. Bibliographie : [1] S. Datta and B. Das, Appl. Phys. Lett., 56 665 (1990) [2] G. Schmidt et al, Phys. Rev. B.,62 4790 (2000) [3] E. I. Rashba, Phys. Rev. B, 62 16267 (2000) [4] A. Fert et H. Jaffrès, Phys. Rev. B, 64 184420 (2001) [5] A. T. Hanbicki et al, Appl. Phys. Lett 80 1240 (2002)

 

Maj : 17/10/2013 (58)

 

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