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

Chapitre II – Concepts généraux autour de l’électronique de spindes nanotubes de carbone (NC) [Hueso07], à très basse température. Dans ce cas, le transport dans lesNC est balistique (les électrons se propagent à une vitesse proche de celle de Fermi). Le temps deséjour, qui est inversement proportionnel à la vitesse des électrons, est alors considérablement diminuépar rapport au temps de séjour dans un SC (un facteur environ 100).Indépendamment des critères imposés à l’interface, l’utilisation d’un transport balistique, où la vitessedes électrons est grande, semble donc être une situation favorable pour une injection et une détectionde spin efficaces.En conclusion, les inégalités II.7 montrent que le contrôle exact de l’interface est un prérequisessentiel à la réalisation de dispositifs de l’électronique de spin. Les paramètres physiquesimportants pour décrire leur fonctionnement sont alors la longueur de diffusion de spin (qui estun terme de volume à comparer à la distance entre la source et le drain) et le temps de séjour(qui est un terme d’interface à comparer avec le temps de vie du spin).2. La physique du transport au-dessus du niveau de FermiLa deuxième partie de ce chapitre est consacrée à l’étude des filtres à spin à électrons chauds. Cesdispositifs ajoutent un nouveau degré de liberté par rapport à ceux fonctionnant à l’énergie de Fermi :l’énergie à laquelle le transport a lieu. Dans ce type de dispositifs, le transport électronique estassuré par des électrons chauds. Nous appellerons par la suite, électron chaud, tout électron qui n’estpas en équilibre avec les électrons de conduction. Ces électrons possèdent une énergie cinétiquesupérieure à celle de Fermi.L’objectif de cette partie est de présenter les processus physiques qui décrivent le transport dépendantdu spin dans ces dispositifs. Nous verrons que leur fonctionnement est très différent de celui desdispositifs usuels de l’électronique de spin. Nous présentons dans un premier temps les filtres à spinélastiques. Dans ces filtres à spin, le transport des électrons qui traversent la couche magnétique estbalistique et est caractérisé par un libre parcours moyen inélastique qui dépend du spin. Ilsfonctionnent à température ambiante et présentent une très grande sélectivité en spin (de l’ordre de70%), mais souffrent d’une faible collection dans le SC, ce qui limite en pratique leurs performancesen tant que vannes de spin.Dans un second temps, nous présentons les filtres à spin « inélastiques », qui sont une extension desfiltres à spin élastiques dans le cas où la relaxation des électrons incidents (injectés à une énergie plusélevée) n’est plus négligeable.2.A. Concepts généraux autour des filtres à spinL’injection et la détection d’un courant polarisé de spin supposent de pouvoir d’une manière ou d’uneautre discriminer les électrons en fonction de leur spin. De façon générale, il est possible dediscriminer un courant d’électrons polarisés de spin en agissant soit sur les variables d’espace del’électron (sélection des spins dans l’espace), soit en agissant sur la variable « temps » (sélection desspins dans le temps) (Fig.II.5).Il existe alors deux types de filtres à spin : ceux qui agissent sur les variables spatiales, et ceux quiagissent sur la variable temps (ou énergie).15