Injection de spins dans les semi-conducteurs

• Auteur / Autrice : Louis Grenet
• Direction : Yves Edmond Samson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée et du rayonnement
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages cobalt-platine

Électroluminescence

Anisotropie

Spintronique

Résumé

L'injection de courant polarisé en spin dans les semi-conducteurs est un point-clef de la spintronique, discipline qui vise à utiliser le spin de l'électron comme degré de liberté en électronique. Ce travail de thèse étudie l'injection de spins depuis une électrode ferromagnétique à travers une barrière tunnel vers un semi-conducteur en absence de champ magnétique. La polarisation du courant injecté est détectée optiquement, ce qui impose que l'aimantation des électrodes soit perpendiculaire aux plans des électrodes. Ce travail s'articule donc en deux parties. La première section traite de l'élaboration d'hétérostructures oxyde/métal ferromagnétiques pour l'injection de spins dans le GaAs et le Si. Les croissances d'électrodes de MgO/FePt par épitaxie par jets moléculaires sur GaAs et de Al2O3/CoPt par pulvérisation cathodique sur Si sont décrites. L'étude des propriétés structurales et magnétiques et de transport de ces couches a ainsi permis de montrer la possibilité d'obtenir des films minces à aimantation perpendiculaire pour l'injection de spins sur plusieurs matériaux. La deuxième partie se focalise sur le transport polarisé en spin dans le Silicium. L'injection de courant polarisé dans ce matériau en absence de champ magnétique externe est ainsi démontrée pour la première fois par des mesures d'électroluminescence. L'analyse de la lumière émise par un puits quantique de SiGe inséré dans une diode de Silicium montre une polarisation optique de l'ordre de 3% liée à la polarisation en spin du courant injecté.

Spin injection into semiconductors is a key point of spintronics, which aims at using spin of electron as a degree of freedom. This work deals with spin injection l'rom a ferromagnetic electrode into semiconductor through a tunnel ballier without applying a magnetic tield. Spin polarization of the current is optically detected, that requires an out-of-plane magnetization of the electrodes. This work is thus structured in two pmts. The tirst section deals withl fabrication of oxide/ferromagnetic metal heterostructures for spin injection into GaAs and Si. Growth of MgO/FePt by molecular beam epitaxy on GaA and of AhOJ/CoPt by sputtering on Si are described. The study of the magnetic, structural and transport properties of such layers prove the possibility , obtaining thin layers for spin injection in different semiconducting materials. The second part of this work focuses on spin polarized transport in Silico Spin injection into this material without applying a external magnetic tilm is thus demonstrated t()r the tirst time thanks to electroluminescence measurements. The analysis of the light emitted by a SiGe quantum weil embedded in a Si diode shows an optical polmization of about 3% which is caused by the spin polarization of the injected current.