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

Chapitre II – Concepts généraux autour de l’électronique de spinFig.II.5 : Action des filtres à spin sur les variables spatiales (gauche) et temporelle (droite) desélectrons. Pour un filtre « spatial », après traversée du filtre à spin, les électrons de spin opposésn’occupent pas la même zone de l’espace des phases (X,P). Pour un filtre « temporel », lesélectrons de spin opposés sortent du filtre à spin à des instants et à des énergies différents.2.A.1. Filtres à spin agissant sur les variables spatialesL’une des premières expériences qui a mis en évidence l’existence et la quantification du spinélectronique, l’expérience de Stern et Gerlach (1921), est un exemple célèbre de filtre à spin qui agitsur les variables spatiales. Dans cette expérience, réalisée avec des atomes d’argent, un champmagnétique inhomogène intense produit une force qui dévie les atomes selon deux directions. Il estalors possible de discriminer en spin quasi parfaitement un flux d’atomes. Dans ce cas, la polarisationde spin est P = 100% pour une efficacité de collection proche de 0.5. Malheureusement, cetteexpérience de filtre à spin n’est pas transposable au cas des électrons, car ceux-ci subissent égalementla force de Lorentz qui, en vertu du principe d’incertitude de Heisenberg, interdit toute discriminationdes électrons en fonction de leur spin [Kessler85]. A notre connaissance, personne n’a pu à l’heureactuelle réaliser de filtre à spin électronique utilisant le principe de Stern et Gerlach.Pour filtrer un courant d’électrons polarisés de spin, une solution consiste à tirer profit des interactionsdépendantes du spin dans les solides : l’interaction spin-orbite et l’interaction d’échange en sont desexemples.L’interaction spin-orbite est à la base du fonctionnement des détecteurs de Mott, et permet de séparerles spins spatialement. En effet, pour un courant d’électrons polarisés normalement au pland’incidence, la section efficace de diffusion dans un métal comme l’or dépend à la fois de l’orientationdu spin et de l’angle de diffusion [Mott65].Fig.II.6 : d’après [Kato04]. A gauche : schéma de l’expérience et de l’échantillon de GaAs. Adroite : rotation Kerr (RK) en fonction de la position et du champ magnétique extérieur (effetHanle).L’interaction spin-orbite est également à l’origine d’un autre effet spectaculaire prédit par D’Yakonovet Perel en 1971 : l’effet Hall de spin (Fig.II.6). Cet effet a été observé en 2004 par l’équiped’Awschalom dans un système tout solide [Kato04]. En présence d’un courant électrique circulantdans le plan d’une couche mince d’un semi-conducteur non contraint (GaAs), l’interaction spin-orbite16