Effet de filtre à spin dans les jonctions métal ferromagnétique / semi-conducteur : transport et effets d'interface.

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Lamine, Driss (2007) Effet de filtre à spin dans les jonctions métal ferromagnétique / semi-conducteur : transport et effets d'interface. Doctorat PMC, PMC, EP/X p.194.

Autres Localisations: http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Theses/Files/Lamine.pdf

Résumé

Nous avons étudié le transport dépendant du spin d’électrons chauds injectés depuis le vide dans des structures hybrides métal ferromagnétique/interface/semi-conducteur. Cette configuration de mesure à trois terminaux est analogue à celle d’un transistor à vanne de spin à géométrie perpendiculaire mais dans lequel l’émetteur est physiquement découplé de la base et du collecteur. Cette configuration de mesure originale permet l’étude du transport d’électrons polarisés sur une large gamme d’énergie d’injection tout en contrôlant la polarisation des électrons injectés.
Sur des jonctions Fe/oxyde/GaAs réalisées au laboratoire, nous avons mis en évidence quatre régimes de fonctionnement du transistor à vanne de spin dans la gamme d’énergie 10 eV-3000 eV. Lorsque l’énergie d’injection augmente, le gain du transistor augmente sur plus de 6 ordres de grandeur, pour atteindre des valeurs aussi élevées que 300. Simultanément, la dépendance en spin du courant transmis augmente sur près de 5 ordres de grandeur pour atteindre un maximum aux alentours de 1500 eV qui représente environ 30% du courant incident (pour une polarisation incidente de 100%). Nous montrons également que l’ensemble de ces propriétés de transport est modulable en variant l’épaisseur totale de la base métallique, ainsi que la nature de l’interface entre la base et le collecteur.
Les quatre régimes de fonctionnement du transistor sont ensuite interprétés dans un modèle original qui décrit de façon quantitative les différents régimes observés. Ce modèle incorpore d’une part la multiplication qui a lieu dans la base métallique ainsi que dans le semi-conducteur (ionisation par impact), et d’autre part le coefficient de transmission à l’interface entre la base et le collecteur. Nous avons mis en évidence l’existence d’énergies seuil, liées à la nature de l’interface base/collecteur, à partir desquelles l’efficacité de collection augmente brutalement. En variant l’énergie d’injection, il est possible d’augmenter la largeur de la distribution électronique à l’interface base/collecteur jusqu’à environ 10 eV, et donc de sonder le profil d’interface. L’augmentation de la la!
rgeur de la distribution peut-être reliée à la variation particulière du libre parcours moyen inélastique dans la base métallique.
Ces résultats et leurs interprétations ouvrent de nouvelles perspectives en électronique de spin, et en particulier dans la réalisation d’un transistor à vanne de spin tout solide associant à la fois une grande sélectivité en spin, un gain élevé et un faible bruit de fonctionnement.

Table des Matières

Chapitre I : Préambule (page 1)
Chapitre II : Concepts généraux autour de l'électronique de spin (page 5)
Chapitre III : Réalisation et caractérisations d'un filtre à spin métal ferromagnétique / semi-conducteur (page 37)
Chapitre IV : Réalisation d'un transistor à vanne de spin sous ultra-vide : régimes de fonctionnement et performances (page 65)
Chapitre V : Modélisation du transport d'électrons chauds polarisés de spin dans les structures métal/semi-conducteur (page 109)
Chapitre VI : Conclusion et perspectives (page 153)
Bibliographie (page 157)
Annexe 1 : Article (page 165)

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