Etudes par microscopie en champ proche des phÃ©nomÃ¨nes de ...

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$G. M. Zaslavsky, Chaos, fractional kinetics, and anomalous transport ...$

Chapitre II – Concepts généraux autour de l’électronique de spinFig.II.10 : d’après [VanDijken02]. Libres parcours moyen inélastiques des électronsmajoritaires et minoritaires (Co 84 Fe 16 ) en fonction de l’énergie d’injection E 0 .2.C. Filtres à spin inélastiques : présentation et formalisme2.C.1. Présentation.Les filtres à spin que nous venons de présenter reposent sur un transport balistique défini à une énergiedonnée. Ces dispositifs permettent alors une étude spectroscopique et dépendante du spin du transport,mais sur une gamme très étroite en énergie. Une question qu’il est intéressant de se poser, estcomment évoluent les propriétés de transport lorsque l’énergie des électrons incidents est supérieure àquelques eV ? En particulier, que se passe-t-il lorsqu’un électron primaire de haute énergie est injectéà la surface d’un métal magnétique ? La transport est il toujours dépendant du spin ? A quelle énergies’effectue le transport ?C’est autour de ces questions que s’est construite une partie des activités expérimentales du groupe il ya une quinzaine d’années. L’approche que nous avons retenue est avant tout héritée des techniques despectroscopies d’électrons polarisés, et elle se différencie donc de l’approche plus « dispositif »présentée plus haut avec les filtres à spin élastiques.Dans cette dernière approche, l’objectif est de jouer sur les matériaux, dans lesquels s’effectue letransport électronique, afin de traiter efficacement une information portée par le spin des électrons.L’approche que nous avons retenue a pour objectif d’extraire des informations sur les propriétés detransport dépendantes du spin et éventuellement sur les matériaux et/ou interfaces.Nous pensons que, travailler avec des électrons libres injectés depuis le vide sur un filtre à spin est unetechnique à la fois originale et efficace pour l’étude du transport dépendant du spin.Cette approche présente certains avantages par rapport aux MTT. D’une part on peut contrôlerl’énergie incidente sur une large gamme, d’autre part il est possible de contrôler à la fois la forme et lapolarisation de la distribution électronique injectée dans le filtre à spin. La source à électrons polarisésest obtenue à partir d’une cathode de GaAs mise en affinité électronégative et excitée en condition depompage optique (chapitre IV).L’étude en géométrie de transmission, peut alors s’effectuer soit en mesurant le courant transmis àtravers le filtre à spin (feuille auto supportée) à l’aide d’une technique de comptage (channeltron), soitintégrer le collecteur au filtre à spin (diode Schottky MF/SC). Cette dernière approche est celle qui aété retenue pour cette thèse.26
Chapitre II – Concepts généraux autour de l’électronique de spinLes résultats pionniers obtenus au laboratoire dans ce domaine datent du milieu des années 90. Nousconnaissons par ailleurs très peu d’expériences de transport d’électrons chauds polarisés de spin etfonctionnant dans une géométrie de transmission.2.C.2. Résultats expérimentaux dans la gamme 3-80 eV.Nous rappelons les résultats du groupe obtenus dans la gamme 3-80 eV lorsque le filtre à spin est unefeuille auto supportée Au/Co/Au d’épaisseur totale 25 nm. Des résultats similaires ont été obtenuspour d’autres types de structures, comme des bicouches magnétiques [Cacho02], ou des jonctionsPd/Fe/Ox/GaAs [Filipe98].2.C.2.1. Résultats sur la transmission (faisceau incident non polarisé).Le principe de la mesure consiste à injecter un courant d’électrons polarisés de spin sur une feuilleautosupportée Au(22nm)/Co(1nm)/Au(2nm) et à analyser en énergie le courant transmis pourdifférentes orientations de l’aimantation perpendiculaire (mesure d’asymétrie).Dans ce cas, les plus basses énergies d’injection et d’analyse sont déterminées respectivement par letravail de sortie du métal E V en face avant et en face arrière E S (de l’ordre de 4 eV pour une surfacepropre d’Au).Les filtres à spin Au/Co/Au [VanDerSluijs96] ont été étudiés avec des surfaces propres et césiées pourdes énergies d’injection E 0 (référencées par rapport au niveau de Fermi du métal) allant de 4 eV à 70eV. Dans cette gamme d’énergie, les électrons subissent dans le métal des collisions qui sontprincipalement de nature inélastique. L’utilisation de grilles retardatrices permet par différentiation deremonter à la distribution d’électrons transmis pour des énergies comprises entre E 0 et E S . Cettedistribution se compose d’électrons primaires élastiques qui n’ont presque pas perdu d’énergie lors deleur traversée du filtre à spin (électrons de haute énergie), et d’électrons secondaires de faible énergie.Ces électrons secondaires ou « inélastiques » sont formés d’une part d’électrons primaires qui ontrelaxé leur énergie, et d’autre part de « vrais » électrons secondaires excités par ces mêmes électronsprimaires à partir d’états en dessous du niveau de Fermi.Nous avons représenté sur la figure (Fig.II.11) un spectre en énergie typique de transmission.Lorsqu’un collecteur analyse la distribution à l’énergieε , le courant collecté inclus à la fois lacontribution des primaires relaxés et celle des « vrais » électrons secondaires, contributions qu’il estimpossible de distinguer expérimentalement.Fig.II.11 : Représentation d’une courbe typique de distribution en énergie des électrons sortanten géométrie de transmission. En pointillé, distribution des primaires (électrons primairesrelaxés et électrons primaires élastiques), et en continue, distribution des « vrais » électronssecondaires.27
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