Groupe Electrons Photons Surfaces

Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

La possibilité de réaliser l’injection locale d’électrons polarisés de spin permettrait d’effectuer un grand nombre d’expériences : spintronique, calcul quantique, et l'imagerie du nanomagnétisme. Les seuls injecteurs disponibles actuellement sont à base de pointes magnétiques. Tout en ayant donné des résultats spectaculaires dans certains cas, ils sont loin d’avoir le caractère universel nécessité par toutes ces expériences.

Image des patches (en blanc) de GaAs liés par une couche suspendue de 50 nm de GaInP (en violet). Cette image est apparue en 'Backscatter' dans la revue américaine Physics Today.

Nos collaborateurs de l'IEMN à Lille ont récemment développé un procédé nouveau permettant de rapporter des couches minces de GaAs (des patches, voir figure) sur différents types de substrat transparent (verre, quartz, SiC,...) en utilisant une technique originale micro-fluidique. C'est un nouveau façon de faire des microsystèmes à base des semi-conducteurs III-V. Pour en savoir plus:

"Fluidic assembly of hybrid MEMS: a GaAs-based microcantilever spin injector ", S. Arscott, E. Peytavit, D. Vu, A.C.H. Rowe, D. Paget, J. Micromech. Microeng 20, 129803 (2010)

En utilisant ces objets, nous avons récemment mis en évidence pour la première fois, la dépendence du courant tunnel des photo-électrons polarisés sur la direction d'aimentation d'une couche magnétique de cobalt aimentée hors plan. Pour en savoir plus:

"Spin-dependent photoelectron tunneling from GaAs into magnetic cobalt ", D.Vu, H.F. Jurca, F. Maroun, P. Allongue, N. Tournerie, A.C.H. Rowe, D. Paget, S. Arscott, E. Peytavit, Phys. Rev. B 83, 121304(R) (2011)

Par rapport aux pointes métallique, magnétique, les pointes de GaAs sous excitation lumineuse auront deux avantages majeurs : i) l’interaction magnétique entre pointe et substrat est négligeable, ii) ils permettent de moduler optiquement le spin des électrons injectés ce qui, en conditions d’imagerie tunnel, donne accès indépendamment aux informations topographiques et magnétiques de la surface. La preuve expérimentale de cet effet que nous avons apporté ouvre donc la voie à la microscopie à effet tunnel polarisé de spin avec des pointes non-magnétique. C'est pourquoi nous travaillons avec nos collaborateurs à Clermont-Ferrand (E. Gil) pour croître sur le bout des micro-leviers GaAs, une pointe de GaAs adapté à l'imagerie.

Par ailleurs, pour bien comprendre les caractéristiques des injecteurs de spin basés sur le GaAs, il faut maîtriser la diffusion de spin dans ce matériau. Pour se faire, nous avons développé une expérience de microluminescence polarisée pour l'étude, sans contact électrique, du transport de spin dans le GaAs. Pour en savoir plus:

"Circularly polarized luminescence microscopy for the imaging of charge and spin diffusion in semiconductors ", I. Favorskiy, D.Vu, E. Peytavit, S. Arscott, D. Paget, A.C.H. Rowe, Rev. Sci. Instr. 81, 103902 (2010)