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

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$G. M. Zaslavsky, Chaos, fractional kinetics, and anomalous transport ...$

Table des matières4.A.2. Calcul de S (ε ) (polarisation des électrons primaires) 1354.A.3. Calcul deAM(asymétrie de la multiplication) 1364.B. Dépendance en spin de la transmission pour une barrière non multiplicative et multiplicativeen fonction de l’énergie moyenne 1374.B.1. Représentation de ΔT0pour une barrière non multiplicative de gain 1 : effet de filtre à spin 1374.B.2. Représentation de ΔTpour une barrière non multiplicative de gain 1. Prise en compte du termede multiplication dépendant du spin 1394.B.3. Représentation de l’asymétrie de spin de la transmission dans le cas où κ < φ1404.B.4. Représentation de ΔTen prenant en compte l’ionisation par impact (barrière multiplicative) 1414.C. Comparaison avec les résultats expérimentaux 1424.C.1. Choix de la dépendance en spin de l’IMFP 1424.C.2. Interprétation des trois premiers régimes de ΔT 1424.C.3. Interprétation du régime de saturation Δ T . Discussion 1444.C.4. Limites du modèle. Perspectives 1465. Sensibilité aux défauts de l’interface 1466. Origine de la deuxième barrière : influence de l’interface métal/semi-conducteur 148Chapitre VI – Conclusion et perspectives 153Bibliographie 157Annexe 1 165x
PréambuleChapitre IPréambuleL’un des objectifs fixé par l’électronique de spin est de comprendre et d’exploiter au mieuxle couplage entre une population de spins et son milieu environnant afin d’imaginer denouveaux dispositifs qui apporteront des performances ou des fonctionnalités innovantespar rapport à ceux utilisés en microélectronique classique. Ces dispositifs doivent transformer uneinformation véhiculée par un spin en un large signal détectable (électrique, optique…). Pour parvenir àcet objectif, plusieurs questions, d’ordre fondamental ou technologique, ont été soulevées [Zutic04] :comment polariser et détecter efficacement un courant de charges ? Combien de temps ces chargespeuvent-elles garder la mémoire de leur spin ? Quels matériaux et structures choisir ?La réponse à ces interrogations exige une compréhension fine des principaux mécanismes de transportdépendants du spin dans les systèmes hybrides mêlant matériaux magnétiques et non magnétiques.Pour l’instant, la plupart des efforts a été consacrée à la réalisation de dispositifs reposant sur letransport qui dépend du spin au niveau de Fermi. Ces derniers se classent très généralement en deuxcatégories :• Les dispositifs à deux terminaux. Ils reposent principalement sur des effetsmagnétorésistifs (GMR [Baibich88], TMR [Jullière75]) dans des structures hybridesimpliquant au moins deux matériaux magnétiques, et dont la principale fonction est de réaliserun effet de vanne de spin, c'est-à-dire provoquer un changement de résistance de la structurelorsque l’aimantation relative des deux couches magnétiques est renversée.• Les dispositifs à trois terminaux dont l’objectif plus ambitieux, est le transport et lamanipulation du spin ; un exemple célèbre est le transistor à spin où spin-Fet proposé parDatta et Das [Datta89]. Leur réalisation constitue une étape essentielle dans le développementfutur d’une « électronique logique » de spin et peut-être d’un ordinateur quantique.Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés à des dispositifs à trois terminaux, mais danslesquels le transport électronique est réalisé par des électrons possédant une énergie au-dessus duniveau de Fermi (électrons chauds). Ces dispositifs se composent très généralement d’un émetteur àélectrons chauds (éventuellement polarisés de spin), d’une base qui contient au moins une couchemagnétique (MF), et d’un collecteur (en général un semi-conducteur (SC)). Le transport dans la baseest régi selon une atténuation qui a pour longueur caractéristique le libre parcours moyen inélastique(dépendant du spin) à l’énergie de transport. Un tel dispositif, que l’on appelle transistor à vanne despin à électrons chauds, a été proposé et réalisé pour la première fois par Monsma [Monsma95,Jansen03] en 1995 et, quelques années plus tard, a été étendu au cas des transistors tunnelsmagnétiques (MTT) [Mizushima97, VanDijken02] dans lesquels l’émetteur et la base sont séparés parun oxyde. Ces dispositifs fonctionnent à température ambiante et présentent une grande sélectivité enspin (proche de 70%), mais souffrent d’un faible gain. Ils sont toutefois des outils particulièrementadaptés à l’étude du transport dépendant du spin à basse énergie dans les métaux ferromagnétiques etdans les structures hybrides. L’étude de ces dispositifs permet par exemple de remonter au libreparcours moyen inélastique dépendant du spin sur une gamme d’énergie en général difficilementaccessible par l’expérience (0.8 eV-2 eV).Cependant, par nature, ces dispositifs sont limités à une gamme en énergie très étroite, et l’étudedu transport à plus haute énergie reste, à ce jour, un domaine très peu exploré.L’objectif de cette thèse, est d’étudier le transport d’électrons polarisés de spin dans des couchesminces magnétiques pour des énergies d’injection bien supérieures (comprises entre 10 eV et 30001
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