Contrôle electrique de l’injection de spin dans les spin-LEDs par effet de spin-transfert sans champ magnétique – SISTER

Les dispositifs de traitement de l’information et de la communication reposent essentiellement sur le contrôle de la charge des matériaux semi-conducteurs. D’un autre coté une partie des dispositifs de stockage est essentiellement basée sur des matériaux magnétiques (matériaux dont les propriétés découlent du spin des électrons). La spintronique, qui utilise le spin des porteurs comme vecteur de l’information, combinée avec des matériaux semi-conducteurs doit pouvoir intégrer ces deux fonctionnalités. Dans ce domaine, un certains nombres de progrès durant la dernière décennie ont été accomplis avec en particulier la démonstration d’une transformation efficace d’une information électrique codée sur la polarisation des porteurs en information optique codée sur la polarisation de la lumière. Ces expériences ouvrent la voie au développement d’une électronique de spin couplée à l’optique. Dans le même temps de nouveaux effets de contrôle de l’aimantation de nanostructure par injection d’un courant polarisé en spin ont été mis en évidence engendrant une très forte activité avec des perspectives d’application dans le domaine des mémoires magnétiques (MRAM) et leur principe d’écriture ainsi que des oscillateurs GHz ajustables en fréquences.
L’ambition de notre projet est de réaliser la démonstration d’une commande électrique de contrôle de la direction de l’aimantation par spin transfert (et donc un contrôle sur la polarisation en spin des porteurs injectés) dans un semi-conducteur III-V. La détection des modifications de l’orientation de l’aimantation en régime irréversible ou entretenu se fera optiquement avec une détection sur la polarisation de la lumière. Pour atteindre cet objectif un certain nombres de verrous technologiques et de mises aux points expérimentales restent à valider et seront une part active de ce projet. On peut citer la maitrise des matériaux à aimantation perpendiculaire, la détection optique de la polarisation de la lumière sur boite unique, la fabrication d’objet de taille nanométrique par des techniques de lithographie électronique, la maitrise du transfert de spin sur des matériaux avec au moins une des couches à aimantation perpendiculaire lorsque reportée sur un matériaux semi-conducteurs type III-V. Le projet implique donc une maitrise technique et scientifique à l’état de l’art dans plusieurs domaines (optique, semi-conducteurs et matériaux magnétiques, spintronique, lithographie…) réunie dans ce consortium. Outre la démonstration d’une fonctionnalité importante pour le développement d’une électronique de spin avec des matériaux semi-conducteurs, le couplage entre l’optique et les matériaux ferromagnétiques permet d’envisager l’exploration d’un régime temporel sub-nanoseconde qui est tout l’enjeu de ce projet.