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le spin des électrons se transporte-t-il comme leur charge ?

par Anne-Marie - publié le

Comme le spin est porté par l’électron, il serait naturel de penser que la charge et le spin se transportent de manière identique, si l’on excepte la tendance naturelle de toute orientation de spin à disparaître par relaxation. Et pourtant, plusieurs études fondamentales montrent que le spin peut se transporter de façon indépendante de l’électron qui le porte, et donc « vivre sa vie » comme une particule autonome. Un article qui vient de paraitre dans « Reflets de la Physique » (vol 65) est consacré à ces résultats fortement contre-intuitifs. La figure ci-dessous expose la méthode expérimentale utilisée pour ces recherches.

Méthode expérimentale : La microluminescence polarisée. Comme le montre le schéma a, on focalise le laser à la limite de diffraction sur l’échantillon. A l’aide de lames quart d’onde placées sur le faisceau laser et sur le faisceau de luminescence on polarise circulairement le laser et on mesure les deux composantes de la luminescence, d’hélicité + et -. Le profil spatial de leur somme, proportionnelle à la concentration de photoélectrons, s’étend spatialement au-delà de celui du laser. La dépendance spatiale de ce profil donne la longueur de diffusion de charge L, qui dépend de la constante de diffusion D et du temps de vie de charge . Le profil spatial de leur différence, qui est proportionnelle à l’orientation de spin s= n↑ -n↓, donne la longueur de diffusion de spin Ls qui dépend de la constante de diffusion de spin Ds et du temps de vie de spin s. La figure c montre les profils de concentration dans le cas d’un barreau de GaAs avec des contacts électriques sans (image du dessus) et avec (image du dessous) champ électrique appliqué. Si l’on applique un champ électrique, il apparaît une queue liée à la dérive des photoélectrons dans ce champ.