Groupe Electrons Photons Surfaces

Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

Les expériences de transmission d’électrons polarisés au travers de multi-couches Au/Co auto-suspendues ont permis de démontrer des effets spectaculaires de filtre à spin pour des électrons d’énergie de quelques électron-volts au-dessus du niveau de Fermi du métal. Dans le cas d’une structure bi-couche, contenant deux couches de cobalt d’épaisseurs différentes donc de champs coercitifs différents, deux configurations distinctes de l’aimantation à saturation des couches peuvent être préparées : « parallèle » et « anti-parallèle ». Les mesures de transmission d’électrons polarisés et non polarisés dans ces deux configurations permettent de déterminer indépendamment les contributions de volume et d’interface à l’effet de filtre à spin. De plus, à très basse énergie d'injection, la mesure des asymétries de spin sur le courant transmis dans les deux configurations magnétiques fournit une mesure absolue de la polarisation de spin des électrons incidents.

Un détecteur de spin à base d'une couche férromagnetique déposée sur un substrat semiconducteur (au centre de la bride à gauche).

La transmission d’électrons polarisés de spin au travers d’une couche mince magnétique est également étudiée dans des structures hybrides où la couche magnétique est déposée sur un semi-conducteur. Le faisceau d’électrons libres polarisés de spin est injecté depuis le vide dans la couche métallique et le courant transmis jusqu’à l’interface Schottky est collecté dans le semi-conducteur. Selon l'orientation relative du spin des électrons incidents et de l’aimantation de la couche magnétique, une asymétrie est mesurée sur le courant-collecteur, mettant en évidence l’effet de filtre à spin. Notre configuration, similaire à celle du transistor à vanne de spin, permet d’étudier la dépendance en spin du transport électronique dans les jonctions métal ferromagnétique/semi-conducteur, qui constituent l’élément de base des composants pour l’électronique de spin. De plus, cette expérience montre que les jonctions Schottky magnétiques constituent des détecteurs « tout solide » de la polarisation de spin des électrons libres, très compacts et surtout beaucoup plus efficaces que les meilleurs détecteurs existant à ce jour.

Ces nouveaux polarimètres vont probablement, dans un futur proche, équiper un grand nombre d'expériences de physique des hautes énergies, d'une part, et surtout de spectroscopie et de microscopie électroniques, d'autre part. Les techniques de spectroscopie et de microscopie électroniques résolues en spin n'ont pas connu un essor à la mesure des besoins en matière d'étude des surfaces et des couches minces magnétiques, principalement à cause de la difficulté et de la lourdeur que représentait l'adaptation et l'utilisation des polarimètres conventionnels. Leur développement pourrait être maintenant largement relancé.