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Accueil > Groupes scientifiques > Groupe Electrons Photons Surfaces > Dynamique d’électrons et de spin

Effets de couplage charge/spin

par Rowe Alistair - publié le , mis à jour le

Les électrons dans les semi-conducteurs sont souvent traités comme des particules classiques, mais ce n’est pas possible à forte densité. Une fois dans le régime dite "dégénéré", il faut traités les électrons comme des fermions. A travers le principe de Pauli, cette nature quantique des électrons a des effets profonds sur le transport de spin.

Contacts : Alistair Rowe ou Daniel Paget.

Nous avons récemment développé la technique de microluminescence polarisée qui permet l’injection optique d’électrons polarisés de spin sur une surface délimitée par une tache gaussienne de largeur 0.4 microns. Une densité non uniforme dans l’espace d’électrons polarisés de spin donne lieu à une diffusion de charge et de spin. Lors de leur recombination, les électrons émettent de la lumière et, s’il sont encore polarisés de spin, cette luminesence est partiellement polarisée circulairement. Une analyse de l’intensité de la luminescence donne une image de la distribution spatial de charge dont il est possible de détérminer la longueur de diffusion de charge. Une analyse de sa polarisation donne une image de la distribution spatial de spin dont il est possible de détérminer la longueur de diffusion de spin. Le rapport de ces deux images donne une image de la polarisation en spin.

Images de la polarisation de spin en fonction de la puissance d’excitation. (a) A faible puissance où on traite les électrons comme des particules classiques, la polarisation diminue de façon monotone avec la distance a cause de la relaxation de spin. C’est un résultat attendu intuitivement. Au fur et à mesure que la puissance monte (b), (c) et (d), un minimum en polarisation apparaise au centre. La montée contre intuitive de la polarisation avec la distance est le résultat directe de la nature quantique des électrons.

Dans la limite où il est possible de traiter les électrons classiquement, la polarisation de spin décroit de façon monotone avec la distance. C’est parce que dans un processus de diffusion normale le temp, c’est la distance. La décroissance de la polarisation avec la distance est donc une manifestation de la relaxation de spin vers son état d’équilibre non polarisé. Nous avons démontré et expliqué un effet à forte densité électronique lié à la principe de Pauli qui donne lieu a une augmentation de la polarisation de spin avec la distance. Cet effet étonnant est lié à la nature quantique des électrons et peut être décrit de plusieurs façon différents : dépendence en spin du constant de diffusion, couplage charge/spin, ou conséquence d’un pression quantique.

La dimensionalité du gaz d’électrons devrait changer cet effet de façon significative et nous proposons des stages et une thèse sur des effets similaires dans les puits quantiques, les nanofils de GaAs, et dans les nouveaux semi-conducteurs bi-dimmensionelle tel que le WSe2. Pour plus d’informations contacter Alistair Rowe ou Daniel Paget.

Par aillieurs la technique de microluminescence a été utilisé pour la mise en evidence d’autres phenomène tel que la diffusion et le drift ambipolaire, et un couplage spin-spin.