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

Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.1. Présentation du transistor à vanne de spin sous ultra-vide.L’instrument que nous allons présenter fonctionne d’une manière similaire aux MTT présentés auchapitre II à la différence près que l’injecteur de spin est découplé du détecteur de spin. Le principede l’expérience consiste à mesurer, pour un courant incident I 0 , d’une part le courant absorbé (I B ) dansla couche métallique et transmis dans le SC (I C ), et d’autre part l’asymétrie du courant collecté (A C ) ouabsorbé (A B ) dans le SC, en fonction de l’énergie d’injection, et de l’orientation relative de lapolarisation de spin des électrons incidents et de l’aimantation à saturation de la coucheferromagnétique. Cet instrument est identifié à un dispositif à trois terminaux. Pour cette raison nousl’avons appelé « transistor à vanne de spin ». L’atout principal de notre instrument est qu’il permet decontrôler indépendamment la polarisation des électrons incidents, leur intensité, et d’autre part leurénergie, sur une large gamme, sans changer la structure ou la nature du filtre à spin.La réalisation pratique de notre « transistor » est cependant très différente des systèmes tout solides etimposent des contraintes liées d’une part à l’environnement ultra-vide dont il dépend (transportd’électrons libres sur de grandes distances) et d’autre part aux techniques de détection de faiblescourants sous haute tension.Nous avons représenté sur la figure (Fig. IV.1), le schéma et le principe du transistor à vanne de spin.Fig. IV.1 : Schéma du transistor à vanne de spin. L’ensemble du filtre à spin est porté à unpotentiel V éch qui fixe l’énergie des électrons incidents. Le courant absorbé I B est mesuré sur labase, et le courant collecté I C est mesuré sur la face arrière du SC. M désigne le métal nonmagnétique de recouvrement, MF le métal ferromagnétique, et SC le semi-conducteur.Le transistor se compose de trois parties distinctes qui seront décrites en détail à la prochaine section :L’émetteur à électrons polarisés. Il se compose d’une source de GaAs (type p) activée enaffinité électronégative, et excitée en condition de pompage optique par une lumière à 780 nm.Une optique électronique de transport. L’optique électronique permet d’une part d’acheminerles électrons jusqu’à l’échantillon avec une polarisation de spin parallèle à l’aimantation del’échantillon (grâce à un rotateur), et d’autre part, elle offre la possibilité de sélectionner enénergie les électrons photo-émis (grâce à un sélecteur électrostatique).Le filtre à spin, dont l’élaboration a été décrite au chapitre III. Il réunit dans la mêmestructure la base et le collecteur du transistor. La base métallique contient la partieferromagnétique dont la fonction est de filtrer en spin les électrons incidents ; le collecteur estle SC, et recueille les électrons qui passent au dessus des énergies seuil E S (qui peuvent être labarrière d’oxyde, ou la barrière de Schottky). L’énergie des électrons incidents E 0 est fixée parla tension appliquée à l’échantillon V éch .67