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

Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.↓1/2 (BV) → m j = 1/2 (BC). Les probabilités quantiques associées sont respectivement N = 3 et↑N = 1 , de sorte que la polarisation théorique des électrons dans la bande de conduction est :↑ ↓N − NP = = −50% .↑ ↓N + NCette valeur n’est cependant rigoureusement valable que dans une description « atomique » de lastructure de bande, et pour une excitation proche du gap (conditions de pompage optique). Lorsquel’énergie d’excitation devient supérieure à Δ, les transitions m j = -1/2 (BV) → m j = 1/2 (BC) de labande Γ 7 vers la bande Γ 6 deviennent possibles, et la polarisation totale tend vers zéro.En pratique, la polarisation totale des électrons photo-émis dans le vide est toutefois plus faible,de l’ordre de 25% (cette valeur est issue d’une mesure à l’aide d’un détecteur de Mott [Pierce76]). Eneffet, lors de la diffusion vers la surface, et avant d’être émis dans le vide, les électrons relaxent unepartie de leur spin. Ces mécanismes de relaxation de spin sont essentiellement gouvernés par desprocessus d’Yakonov-Perel et dans le GaAs leur échelle de temps est la centaine de picosecondes.2.A.2. L’activation en état d’affinité électronique négativeLe travail de sortie ΦGaAsd’une surface chimiquement propre d’un cristal de GaAs est de l’ordre de 4-5 eV. L’affinité électronique, définie comme la différence entre le niveau du vide et le minimum de labande de conduction est alors largement positive. Dans ces conditions, aucun électron ne peut sortir ducristal (cf. Fig. IV.4). Il est cependant possible d’abaisser ce travail de sortie jusqu’à un peu plus d’unélectron-volt par co-adsorption d’une faible quantité d’atomes électropositifs (tels que le Cs) et del’oxygène. L’ensemble forme un oxyde Cs0 2 d’épaisseur environ une monocouche, et joue le rôle d’undipôle de surface qui abaisse efficacement le niveau du vide. Dans ces conditions, l’affinitéélectronique devient négative, et la probabilité pour qu’un électron photo-crée s’échappe du cristal estimportante. Cette procédure, dite d’activation en état d’affinité électronique négative, est utiliséedepuis longtemps dans les métaux [Becker26], et a permit le développement de photo-détecteursefficaces comme la cathode S-1 (Ag-O-Cs). L’activation dans GaAs a été réalisée pour la premièrefois par Scheer et Van Laar en 1965 [Scheer65].Fig. IV.4 : A gauche : diagramme de bande d’un SC dopé p possédant une surface propre. Leniveau du vide est élevé, et aucun électron ne peut s’échapper. A droite : diagramme de banded’un SC présentant une surface césiée (Cs-O). Le niveau du vide se situe sous la bande deconduction ; la probabilité d’échappement d’un électron est élevée.Depuis, cette technique a été largement utilisée dans des expériences en physique des hautes énergies(sources d’électrons intenses polarisées [Pierce75]), ou dans les applications en photodétection(photomultiplicateurs). C’est aussi une méthode de choix pour l’étude de la structure de bande70