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

RésuméDRISS LAMINEEffet de filtre à spin dans les jonctions métal ferromagnétique/semiconducteur: transport et effets d’interfaceRésumé : Nous avons étudié au cours de cette thèse le transport dépendant du spin d’électrons chaudsinjectés depuis le vide dans des structures hybrides métal ferromagnétique/interface/semi-conducteur.Cette configuration de mesure à trois terminaux est analogue à celle d’un transistor à vanne de spin àgéométrie perpendiculaire mais dans lequel l’émetteur est physiquement découplé de la base et ducollecteur. Cette configuration de mesure originale permet l’étude du transport d’électrons polariséssur une large gamme d’énergie d’injection tout en contrôlant la polarisation des électrons injectés.Sur des jonctions Fe/oxyde/GaAs réalisées au laboratoire, nous avons mis en évidence quatrerégimes de fonctionnement du transistor à vanne de spin dans la gamme d’énergie 10 eV-3000 eV.Lorsque l’énergie d’injection augmente, le gain du transistor augmente sur plus de 6 ordres degrandeur, pour atteindre des valeurs aussi élevées que 300. Simultanément, la dépendance en spin ducourant transmis augmente sur près de 5 ordres de grandeur pour atteindre un maximum aux alentoursde 1500 eV qui représente environ 30% du courant incident (pour une polarisation incidente de 100%).Nous montrons également que l’ensemble de ces propriétés de transport est modulable en variantl’épaisseur totale de la base métallique, ainsi que la nature de l’interface entre la base et le collecteur.Les quatre régimes de fonctionnement du transistor sont ensuite interprétés dans un modèleoriginal qui décrit de façon quantitative les différents régimes observés. Ce modèle incorpore d’unepart la multiplication qui a lieu dans la base métallique ainsi que dans le semi-conducteur (ionisationpar impact), et d’autre part le coefficient de transmission à l’interface entre la base et le collecteur.Nous avons mis en évidence l’existence d’énergies seuil, liées à la nature de l’interfacebase/collecteur, à partir desquelles l’efficacité de collection augmente brutalement. En variantl’énergie d’injection, il est possible d’augmenter la largeur de la distribution électronique à l’interfacebase/collecteur jusqu’à environ 10 eV, et donc de sonder le profil d’interface. L’augmentation de lalargeur de la distribution peut-être reliée à la variation particulière du libre parcours moyen inélastiquedans la base métallique.Ces résultats et leurs interprétations ouvrent de nouvelles perspectives en électronique de spin,et en particulier dans la réalisation d’un transistor à vanne de spin tout solide associant à la fois unegrande sélectivité en spin, un gain élevé et un faible bruit de fonctionnement.Mots clés : électronique de spin, électrons chauds, effet de filtre à spin, jonctions métalferromagnétique/semi-conducteur, transmission d’électrons polarisés, libre parcours moyeninélastique, multiplication par impact.i