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

PréambuleeV). En augmentant l’énergie d’injection, nous avons montré qu’il est possible de sonder lespropriétés de transport (dépendantes ou non du spin) sur une gamme d’énergie étendue.Dans le second chapitre de la thèse, nous faisons une synthèse des principaux mécanismes detransport dépendants du spin au niveau de Fermi et au-dessus du niveau de Fermi. En particulier, sontprésentées les potentialités qu’offre le transport d’électrons chauds par rapport aux dispositifs usuelsde l’électronique de spin. Dans un second temps, nous développons un formalisme du transportd’électrons de basse énergie que nous généralisons au cas plus général où le transport d’électronss’effectue à plus haute énergie. Ce formalisme nous servira alors de cadre général à l’étude dutransport dépendant du spin qui sera abordé en détail au chapitre V.Dans ce travail de thèse, l’étude du transport est faite dans des jonctions métalferromagnétique/semi-conducteur (GaAs) composées d’une seule couche magnétique (Fe). Cesjonctions ont été préparées au laboratoire et leur réalisation est décrite au chapitre III. Des étudescomplémentaires ont également été effectuées sur des jonctions Au/Co/Au/Si préparées par voieélectrochimique.L’étude expérimentale du transport est faite au chapitre IV. L’originalité de notre expérience, parrapport aux MTT, est que l’émetteur est découplé physiquement de la base [Filipe97, Rougemaille03].Cette géométrie de mesure, nous permet ainsi d’injecter depuis le vide des électrons incidents sur unelarge gamme d’énergie tout en contrôlant leur polarisation. Un tel transistor à vanne de spin fonctionnesous ultra-vide et ses régimes de fonctionnement sont décrits en détail au chapitre IV. Nous montronsdans ce chapitre, que le gain du transistor augmente sur plus de 6 ordres de grandeurs entre 10 et 3000eV, et dans le même temps, la dépendance en spin de ce gain varie sur 5 ordres de grandeur, pourpasser vers un maximum qui représente environ 30% du courant injecté (pour un faisceau polarisé à100 %) autour de 1500 eV. Les performances en terme de rapport signal sur bruit de ce transistor àvanne de spin sont ensuite examinées et comparées à celles des MTT.Enfin, l’ensemble des régimes de fonctionnement du transistor sur cette large gamme d’énergie estinterprété au chapitre V dans un modèle original qui traite distinctement les mécanismes de transportdans la base magnétique d’une part, et les effets de l’interface métal/semi-conducteur d’autre part.Nous avons développé au cours de cette thèse une approche globale et quantitative du transportdépendant du spin dans les jonctions métal/semi-conducteur. Ce modèle nous a permis d’obtenir uneloi de variation du libre parcours moyen inélastique à basse énergie, ainsi que les propriétés del’interface métal/semi-conducteur. La forte sélectivité en spin à des énergies d’injection aussi élevéesque 3000 eV s’explique très bien par un transport des électrons dans le métal ferromagnétiquevoyageant à une dizaine d’eV au-dessus du niveau de Fermi.Bibliographie :Baibich88 : Baibich M.N et al, PRL 61, 2472, Giant Magnetoresistance of (001)/Fe/(001)Cr magneticsuperlattices (1988)Datta89 : Datta S. et al, APL 56,665, Electronic analog of the electro-optic modulator (1989)Filipe98 : Filipe A. et al, PRL 80, 2425, Spin-dependent transmission of electrons through theferromagnetic metal base of a hot-electron transistorlike system (1998)Jansen03 : Jansen R, J.Phys.D : Appl.Phys. 36 R289-R308, The spin-valve transistor: a review andoutlook (2003)Jullière75 : Jullière M., Phys.Lett. 54 A, 225-226, Tunneling between ferromagnetic films (1975)Mizushima97 : Mizushima K. et al, IEEE, trans.magn 33,3500, Energy-dependent hot electrontransport across a spin-valve (1997)Monsma95 : Monsma D.J. et al, PRL 74, 5260, Perpendicular Hot Electron Spin-Valve Effect in aNew Magnetic Field Sensor: The Spin-Valve Transistor (1995)2