Détection de résonance de spin du manganèse par spectroscopie de bruit de spin – SNS

Le projet SNS, qui réunit le GES, NEEL, l’IES, et l’ICG, se propose de développer une expérience de détection optique de bruit de spin large bande, pour sonder la dynamique de spin d'impuretés paramagnétiques ou de porteurs itinérants dans les semiconducteurs. Le montage sera testé sur les spins du manganèse insérés dans CdTe, un système modèle idéal pour tester la détection optique de bruit de spin large bande.
La spectroscopie de bruit de spin est basée sur l’échantillonage rapide des fluctuations de rotation Faraday, qui reproduisent fidèlement celles des spins sondés par le faisceau laser. On obtient finalement par FFT un spectre de bruit de spin équivalent à un spectre de résonance de spin. Dans les semiconducteurs le cas des métaux de transition se distingue de celui des électrons de conduction étudiés jusque là, par la complexité du spectre, qui s’étale sur 1GHz dans le cas du manganèse, sur la faiblesse du signal attendu, et sur la nécessité d’appliquer un champ de quelques kOe pour limiter le nombre de composantes spectrales. Ceci implique une bande passante de plusieurs GHz pour le système de détection.
Le projet prévoit donc le développement d’un montage spécifique, basé sur le mélange hétérodyne optique ou électrique du signal de bruit. En plus des avantages déjà mis en avant de la Spectroscopie de Bruit de Spin par rapport à d'autres méthodes, comme étant une méthode "non-perturbante", sensible à un petit nombre de spin, le mélange hétérodyne étendra le spectre des fluctuations de spin accessibles dans des champs magnétiques arbitraires. La méthode surpassera donc à la fois la Résonance Paramagnétique Electronique en termes de sensibilité, mais aussi la Résonance Magnétique Détectée Optiquement en termes de bande passante. Elle a possède un fort potentiel pour l'étude du bruit de spin et de la dynamique de spin, non seulement des spins localisés, mais aussi des porteurs itinérants même dans le régime des courts temps de relaxation (jusqu'à 100ps).
Le résultat final du projet devrait être la validation de la méthode comme technique optique pour étudier le bruit de spin large bande d'impuretés paramagnétiques ou de porteurs itinérants dans les semiconducteurs. Cela sera démontré par l’obtention de spectres de bruit du manganèse présentants une structure fine et hyperfine conforme aux spectres de RPE, et la méthode sera utilisée pour résoudre quelques questions pendantes sur les temps de cohérence de spin du manganèse.