Injecteur local de spin à partir de pointes de GaAs pour la spintronique et l'effet tunnel dépendant du spin – SPINJECT

1- contexte scientifique et objectifs du projet La possibilité de réaliser l'injection locale d'électrons polarisés de spin permettrait un grand nombre d'expériences, par exemple : - spintronique et calcul quantique: injection dans des points quantiques individuels, - magnétisme (études d'une grande variété de matériaux comprenant : oxydes magnétiques, les systèmes biologiques ...) - stockage de données : (caractérisation de moyens de stockage magnétique, nouveaux procédés de stockage très haute densité à base de pointes...) Par rapport aux composants actuellement réalisés, l'injection locale, outre l'avantage d'ouvrir vers une imagerie de l'injection, introduit une barrière tunnel ajustable, qui constitue un paramètre clé pour les études fondamentales et appliquées. Les seuls injecteurs disponibles sont à base de pointes magnétiques. Tout en ayant donné quelques résultats spectaculaires, ils sont loin d'avoir le caractère universel nécessité par toutes ces expériences : ils risquent d'interagir avec la surface et d'en modifier les propriétés magnétiques, et il n'est pas facile de retourner le spin des électrons injectés. Nous envisageons de développer des injecteurs locaux de spin à base de pointes de GaAs sous excitation lumineuse. Par rapport aux pointes magnétiques, ces injecteurs ont deux avantages majeurs : i) l'interaction magnétique entre pointe et substrat est négligeable, ii) ils permettent de contrôler optiquement le spin des électrons injectés [ce qui, en conditions d'imagerie tunnel, donne accès indépendamment aux informations topographiques et magnétiques de la surface]. Cela fait près de 20 ans que ce type d'injecteur a été proposé, mais les résultats obtenus sont contestés puisque entâchés d'effets parasites importants. En effet, des effets ressemblant à l'injection dépendant du spin ont même été obtenus sur des surfaces non magnétiques, et sont d'amplitude équivalente à ceux obtenus sur des surfaces magnétiques. Le projet SPINJECT est un projet ciblé qui a pour but de lever les verrous technologiques de ces injecteurs, et de démontrer l'injection de spin dans un cas modèle. 2- description du projet, méthodologie Nous proposons des solutions originales permettant de lever les difficultés rencontrées. Ces solutions nécessitent un effort technologique important et concernent i) la géométrie de l'excitation lumineuse et le dopage de la pointe. La pointe sera au bout d'un cantilever de type AFM et sera excitée par la face arrière transparente de celui-ci. Pour optimiser le transport de spin dans la pointe, ainsi que le taux de polarisation de spin des électrons, nous avons choisi une pointe de GaAs p+. ii) la passivation chimique de la pointe, grâce à laquelle il sera possible de s'affranchir de la lourdeur des conditions d'ultra-vide et de travailler sous environnement gazeux, liquide ou électrochimique. iii) Nous envisageons de construire une expérience, hors ultra-vide, adaptée aux expériences d'injection. Le projet SPINJECT implique 4 partenaires, responsables respectivement de la fabrication de la pointe (LASMEA, Clermont Ferrand), de la fabrication du cantilever, (Thales, TRT), de la passivation chimique de la pointe (partenaire étranger, Institut Ioffe de Saint Petersbourg), et le laboratoire PMC de l'Ecole Polytechnique, coordinateur, où sera construite l'expérience et seront réalisées les mesures d'injection de spin. 3- résultats attendus A la fin du projet, nous aurons i) fabriqué et optimisé les injecteurs de spin passivés, dont nous pensons qu'ils approcheront la facilité d'emploi des pointes commerciales pour AFM, ii) construit une expérience fonctionnant dans des conditions proches de celle d'un AFM commercial à l'air, iii) obtenu les premiers effets d'injection tunnel dépendant du spin à partir d'une pointe semi-conductrice dans un système modèle constituté d'une couche magnétique. Le succès de ce projet doit permettre ultérieurement une ...