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

Chapitre II – Concepts généraux autour de l’électronique de spinFig.II.7 : d’après [Jansen03]. A gauche : Diagramme d’énergie d’un SVT. A droite : Courantcollecté I C en fonction du champ magnétique appliqué avec une source Si(100), un collecteurSi(111) et une base Pt(2nm)/NiFe(3nm)/Au(3.5nm)/Co(3nm)/Au(4nm) ; I E = 2 mA ; V BC = 0 et T =295 K. I E désigne le courant injecté.Ces MTT existent sous deux versions légèrement différentes : soit l’émetteur est non magnétique, etdans ce cas la base est constituée d’une bicouche magnétique (Fig.II.8), soit l’émetteur estmagnétique, et dans ce cas la base est formée d’une seule couche magnétique. Les deux présentant desperformances similaires.L’étude des MTT s’est avérée plus riche et plus prometteuse que celle des SVT pour plusieurs raisons.Tout d’abord, leur fabrication est plus aisée. En effet, les SVT sont réalisés en fabricant séparémentdeux diodes Schottky, et en collant sous vide les deux métaux par une technique appelée collagemoléculaire (« vacuum metal bonding ») [Shimatsu98], alors que les MTT peuvent être entièrementréalisés par évaporation de la structure sous vide et leur fabrication est compatible avec les techniquesde lithographie optique. L’oxyde est en général formé par oxydation d’une couche de 2 nmd’aluminium. D’autre part, dans un MTT, il est possible de varier l’énergie d’injection des électronsincidents en polarisant l’émetteur par rapport à la base. Ceci est un grand avantage par rapport auxSVT où l’énergie des électrons incidents est fixée par la hauteur de la barrière de Schottky forméeentre l’émetteur et la base (Fig.II.7).Cette possibilité permet ainsi une étude spectroscopique et dépendante du spin du transportd’électrons sur une gamme d’énergie allant de 0.8 à 2 eV (au-delà l’oxyde est susceptible declaquer). Cette gamme d’énergie est en général très peu connue et difficilement accessible par lestechniques classiques de spectroscopie. En effet, les libres parcours moyen à ces énergies étant del’ordre de grandeur des épaisseurs déposées, les électrons transmis et donc ceux qui sont analysés, ontperdu peu d’énergie. Il est par conséquent raisonnable d’admettre que les électrons transmis sontessentiellement des électrons élastiques. C’est pour cette raison que nous les avons baptisés « filtres àspin élastiques » (i.e. les électrons transmis n’ont subi que des diffusions élastiques). Par ailleurs, il aété mesuré dans ces MTT, des magnéto-courants (MC) de plus de 3000% (Fig.II.8). C’est un résultatimportant, car il démontre à nouveau la possibilité de réaliser des vannes de spin à électrons chaudstout solides extrêmement efficaces et fonctionnant à température ambiante avec des métauxferromagnétiques usuels. A l’heure actuelle, le principal inconvénient de ces dispositifs demeure dansleur faible efficacité de collection. En effet, bien que le filtre à spin atténue en soit modestement lecourant (libre parcours moyen grands à des énergies de l’ordre de l’eV), l’efficacité de collection dansle SC est faible car le nombre d’états accessibles dans le SC à basse énergie est beaucoup plus faibleque dans un métal. C’est en quelque sorte l’effet revers du désaccord des conductivités, qui cette foiscinuit à l’efficacité de collection 3 .3 Ce problème n’est pas nouveau. Ce fut en effet, l’un des principaux obstacles au développement des transistorsà base métallique au cours des années 60-70 [Sze66].19