Etudes par microscopie en champ proche des phÃ©nomÃ¨nes de ...

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Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.4.C.3. Comparaison du SNR avec celui des MTT et des vannes de spin commerciales.Discussion4.C.3.1. Comparaison avec les MTTDans la section précédente nous avons dérivé une expression de la figure de mérite adaptée à notreinstrument. Cette figure de mérite s’applique également à tout transistor à électrons chauds, et enparticulier aux MTT. Les expressions IV.12 sont en fait une généralisation de la figure de mérite d’unMTT dans le cas où la transmission ne peut plus être négligée devant l’unité. En général les MTTfonctionnent à fort courant injecté (i.e. pour des courants supérieurs au courant de saturation de lajonction), de sorte que le bruit est essentiellement dominé par le bruit de grenaille de la source. Lesmesures de bruit sur de tels transistors confirment ce résultat [Jansen03]. La figure de mériteintrinsèque d’un MTT s’exprime alors sous la forme (dans la limite des faibles transmissions):F MTTi= SLa mesure est ici effectuée sur le collecteur. Compte tenu des expressions (II.18), on peut exprimeranalytiquement la figure de mérite intrinsèque d’un MTT en fonction de l’épaisseur d de la couche dumatériau magnétique :MTT t 2d2dFi= tanh( )sinh( ) e2 βλ βλCelle-ci est alors optimale pour une épaisseur d max :2λ −1/β + 1/ β + 8dmax= arg tanh()β2On peut déduire la valeur optimale de la figure de mérite dans le cas du MTT présenté en figure (Fig.4II.9), où λ = 22 A, β = 0.69 et t = 4.10− :d = 4.2 nm et MTT−5−4max= 9.10 ≈2T−d/ λF i max10Nous avons représenté sur la figure (Fig.IV.30) la figure de mérite optimale d’un MTT usuel et cellede notre instrument pour un courant incident de 10mA, et pour les échantillons 1 et 2. La valeur ducourant injecté choisie correspond à un courant de source typique pour un MTT.Nous y avons également inclus les SNR lorsque la mesure est effectuée sur la base ou sur le collecteur.Nous constatons que les SNR que nous obtenons sont comparables à celui d’un MTT optimisé.Ces courbes montrent de plus, qu’à haute énergie d’injection il est plus avantageux d’effectuer lamesure de l’effet vanne de spin sur la base plutôt que sur le collecteur. Un gain de 4 dB est observé.Comme nous l’avons souligné plus haut, ce résultat provient du fait qu’autour de l’annulation le bruitde la source est annulé lorsque la mesure est effectuée sur la base. Rappelons également qu’unemesure autour de l’annulation permet de bénéficier d’un contraste en principe « infini ». Le bruitlimitant la mesure est alors uniquement le bruit de grenaille du courant transmis (bruit de collecte).104
Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.Fig.IV.30 : Evolution des figures de mérites intrinsèques F i B,C pour les échantillons 1 et 2 enfonction de l’énergie d’injection. I 0 = 10 mA. Comparaison avec la figure de mérite intrinsèqued’un MTT optimisé opérant à l’énergie 1.4 eV.4.C.3.2. Limites ultimes des performances en terme de SNRNous allons discuter dans ce paragraphe, des facteurs physiques qui limitent les performances de notretransistor.Pour un MTT fonctionnant à une énergie autour du volt, les transmissions mesurées sont de l’ordre de10 -3 et il semble aujourd’hui difficile d’obtenir des figures de mérite bien au dessus de 10 -4 , malgré lesnombreuses études qui ont été menées sur l’amélioration des coefficients de collecte (choix desmatériaux, des épaisseurs, des « spacers », du SC…). La raison profonde à cette limite, provient dufaible coefficient de collection à l’interface métal/SC dont l’origine est la faible densité d’état audessus de la barrière de Schottky. Dans notre transistor, cette contrainte est levée en injectant à hauteénergie, d’une part, à cause de l’accroissement du nombre d’états accessibles dans le SC, et d’autrepart en raison de la multiplication d’électrons secondaires (chapitre V). Pourtant, nous n’observonspas de figure de mérite très supérieures à celle de MTT. Pour en comprendre la raison, nous allonsdonner une majoration de la figure de mérite de notre instrument, en nous inspirant des arguments quiont été développés au chapitre II. Bien que ces aspects seront abordés plus rigoureusement auprochain chapitre, nous pouvons déjà remarquer que l’utilisation d’un filtre à spin avec une seulecouche magnétique ne peut par principe donner des figures de mérite largement supérieures à 10 -4 , etce, quelque soit le choix des épaisseurs de la couche magnétique et des couches non magnétiques.Nous avons exprimé au chapitre II (équation II.22) l’asymétrie de spin en fonction de l’énergied’injection E 0 et de l’énergie d’analyse (ou énergie seuil φ) :φA = P ( ,0S E0 φ)E0Pour un échantillon avec une couche d’oxyde, l’énergie seuil est fixée par la hauteur du gap, et par lastructure de bande du SC, et vaut typiquement 5 eV (cf. Chapitre V). La fonction de Sherman denotre instrument s’exprime donc sous la forme :φS = S( E , 0φ)E0La fonction de Sherman intrinsèque du filtre à spin S est une quantité toujours inférieure à 1, de sorteφque la sélectivité en spin de notre détecteur sera toujours inférieure à .E 0105
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RésuméDRISS LAMINEEffet de filtre
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AbstractDRISS LAMINESpin filter eff
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RemerciementsRemerciementsJ’ai r
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Table des matières4.A. Notion de r
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PréambuleChapitre IPréambuleL’u
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