Etudes par microscopie en champ proche des phénomènes de ...

Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.4. Performances du transistor en terme de rapport signal sur bruit. Limitesdes performancesL’objectif de cette section est de présenter les performances en terme de rapport signal sur bruit denotre instrument et de les comparer à celles des MTT introduits au chapitre II. Expérimentalement,cette étude poursuit les travaux sur l’origine des bruits, entrepris pendant la thèse de NicolasRougemaille [Rougemaille03].Dans les précédentes sections, nous avons présenté les performances de notre instrument en terme deniveau de signal (rendement de la source à électrons, efficacité d’injection dans l’échantillon, gain etdépendance en spin du gain du transistor). Dans les conditions de mesure imposées par l’expérience,notre instrument doit être capable de mesurer sur une jonction d’impédance finie des courants variantde plusieurs dizaines de fA, jusqu’à une dizaine de A.Cette section se compose essentiellement de deux parties. Dans la première nous discuterons de lanature des bruits limitant la mesure. Ces bruits sont alors classés selon trois origines : Les bruits liés à la source à électrons. Les bruits liés à la jonction. Les bruits introduits par la mesure.Dans une seconde partie, nous calculons la figure de mérite généralisée d’un transistor à vanne de spindans un régime de forte multiplication. Cette définition nous permettra alors d’obtenir l’énergied’opération optimale en fonction des paramètres contrôlables de notre transistor.Nous comparons alors ces résultats à ceux obtenus dans les conditions d’opération standards d’unMTT, ainsi qu’a ceux d’une vanne de spin utilisée dans les têtes de lecture commerciales.4.A. Notion de rapport signal sur bruitUn paramètre important qui caractérise les performances de tout dispositif est le rapport signal surbruit de la mesure (que l’on désignera par la suite SNR (« Signal to Noise Ratio »)). Nous appelons ici« signal » la grandeur physique qui véhicule l’information d’intérêt. Dans notre cas, l’informationportée par le spin, est véhiculée par un courant électrique qui forme la base de notre signal.De façon très générale, à ce signal, se superposent des signaux qui portent des informations autres, quenous appellerons par la suite bruits. Ces bruits, ont des origines diverses, et peuvent provenir, parexemple, de la nature même du signal d’intérêt, ou encore de la mesure effectuée sur celui-ci, qui, engénérale s’accompagne d’une amplification. Si l’on ne dispose pas d’informations supplémentaires surces signaux parasites, ces bruits s’ajoutent simplement à notre signal, et détériorent le rapport signalsur bruit. Une étude du bruit de notre instrument demande par conséquent de connaître à la fois lessources de bruit intrinsèques à l’instrument, ainsi que ceux liés au choix de la mesure.Enfin, il est utile de distinguer les sources de bruit selon leur nature. Les bruits peuvent êtredéterministes ou aléatoires (irréductibles). Les bruits déterministes peuvent en principe toujours êtreréduit un niveau faible, et ne sont par conséquent pas intrinsèques à l’instrument. Ces bruits sontnombreux dans notre expérience, et parfois, difficilement contrôlables. Ils sont par exemple de lalumière parasite, qui peut contribuer à un courant dans la jonction Schottky, des dérives d’intensité dulaser, le bruit des alimentations, ou encore des couplages électromagnétiques (ou capacitifs) avecl’extérieur. Les couplages électromagnétiques donnent lieu en pratique à un signal dérivé du 50 Hz 9 .Les bruits aléatoires sont quant à eux des signaux imprévisibles contre lesquelles il est en principe plusdifficile d’agir. Ils fixent alors les performances intrinsèques d’un appareil.Dans notre cas, ils sont liés à la nature même du courant qui constitue notre signal. En effet, uncourant électrique étant transporté par des porteurs ayant une charge finie, son intensité n’est définie9 Dans notre expérience (et bien que la mesure soit faite dans une enceinte métallique), ce signal est d’environ 30pA. Ce signal provient de l’alimentation haute tension, du couplage électromagnétique dans la boucle de courant,et d’autre part du faisceau d’électrons qui se propage dans les potentiels de l’optique électronique qui incorpore,par leur alimentation, une composante du 50 Hz.94