– SPIN MASTER

Si la miniaturisation des mémoires se poursuit, les bits d'information atteindront bientôt une taille inférieure à 10 nm. A ce stade, les processus d'écriture et de lecture constituent un véritable défi où le nanomagnétisme et le domaine émergeant de la spintronique joueront un rôle central. Les implications physiques vont alors des fils et plots quantiques jusqu'aux limites extrêmes de nanoclusters individuels, des molécules et même d'atomes uniques. Les progrès futurs reposent fortement sur notre compréhension du transport de spin électronique et des phénomènes magnétiques dans des dimensions réduites où des effets quantiques sont attendus. L'exploration du transport électronique et de spin à l'échelle du nanomètre s'avère une tâche difficile. La magnétorésistance balistique (BMR) dans des constrictions magnétiques offre une possibilité prometteuse pour une lecture magnétique ultrasensible. Cependant, la grande gamme de valeurs de BMR reportées (jusqu'à 3000%), pour des constrictions réduites à un faible nombre d'atomes, a conduit à une controverse sur la validité de ces résultats. Un meilleur contrôle de la géométrie de la constriction est donc nécessaire, notamment pour la mise en évidence de l'origine quantique du phénomène. Récemment le spin a également fait son entrée dans le domaine de l'électronique moléculaire. Les avancées dans la manipulation d'objets uniques permettent de contacter des molécules dans des dispositifs comme les jonctions cassées, mais seuls quelques rares cas de transport à travers des molécules uniques sont reportés. De façon similaire à la BMR, le transport moléculaire est sensible à la géométrie du contact conduisant à une grande dispersion de la conductance. Par ailleurs les études de nanomagnétisme ont tiré profit de la microscopie à effet tunnel à spin polarisé (SP-STM) qui permet une cartographie précise des propriétés magnétiques au moyen d'une pointe-sonde magnétique. Des résultats prometteurs ont été obtenus dans l'imagerie de domaine/parois magnétiques de film et de nanostructures sur des surfaces avec dans certains cas une sensibilité atomique. - L'objectif du présent projet est d'employer pour la première fois le SP-STM pour une étude détaillée du transport de spin à travers de petits objets. Dans ce but, une pointe magnétique massive sera amenée progressivement en contact avec un atome unique ou une molécule adsorbés sur un îlot magnétique. Les modifications des propriétés de transport seront enregistrées simultanément jusqu'à des courants de l'ordre ou supérieurs à 10 microampère. Comparé à d'autres techniques, le STM apporte une meilleure connaissance de l'identité, de l'emplacement et du nombre d'atomes/molécules entre les contacts, de l'orientation moléculaire et des sites de liaison, qui affectent de manière significative la conductance. Un STM à basse température fonctionnant en ultravide avec un champ magnétique vectoriel incorporé sera développé spécialement pour ces mesures en collaboration avec Specs Nanotechnology, leader en microscopes de champ proche. L'impact de l'épaisseur de barrière ainsi que du couplage d'échange sera suivi en détail en variant la distance point-atome/molécule. La recherche sera centrée sur la BMR dans des jonctions magnétiques comprenant un atome unique. Le C60 sera considéré comme paradigme moléculaire pour l'étude de l'incidence de la conformation sur le transport de spin. En effet, la variété de conformations adoptées par le C60 lors de l'adsorption sur des surfaces métalliques offre l'occasion d'une étude comparative du transport de spin sur des interfaces molécules-contacts différentes mais bien identifiées. En un deuxième temps, le C60 sera remplacé par un complexe paramagnétique dont l'état de spin pourra être modifié par le champ magnétique, en collaboration avec l'Institut de Science des Matériaux de Barcelone (CSIC). De plus le projet bénéficiera de l'expérience complémentaire de notre groupe en STM-contact et en spectroscopie magnétique.