Détecteurs de spin tout-solide à haute performance – POLARSPIN

Le développement de sources et de détecteurs de faisceaux d'électrons libres et polarisés en spin a donné accès à une variété de phénomènes en physique dépendant du spin. Avec l'utilisation de sources d'électrons polarisés, des progrès fondamentaux et technologiques ont été réalisés en matière condensée ainsi qu'en science des surfaces et des matériaux. Néanmoins en pratique, la manipulation de la polarisation de spin d'un faisceau d'électrons libres n'est pas aussi aisée qu'elle l'est pour les photons. La célèbre expérience de Stern et Gerlach, qui permet de sélectionner un jet d'atomes entièrement polarisés, ne fonctionne pas pour les électrons en raison de leur charge électrique. D'autres méthodes ont ainsi été étudiées, et sont toujours étudiées, pour réussir à produire et analyser des faisceaux d'électrons polarisés en spin.

Cette mesure de la polarisation de spin repose aujourd'hui encore sur des techniques lourdes qui nécessitent parfois des conditions sévères de fonctionnement (très hautes tensions, conditions de vide poussé, installation complexe, préparation de surface, etc). Le développement de détecteurs de spin plus compacts et plus faciles d'utilisation serait donc d'un grand intérêt, non seulement pour les techniques de spectroscopie et de microscopie électronique résolues en spin, mais également pour permettre à une plus large échelle de mesurer des phénomènes dépendant du spin dans des expériences déjà existantes, disponibles dans les laboratoires ou dans les grandes infrastructures de recherche, sans avoir besoin d'être soi-même expert en polarimétrie de spin.

Le projet POLARSPIN est conçu pour transformer un 'simple' concept technologique en un prototype de laboratoire, une nouvelle génération de détecteurs de spin électronique pour l'instrumentation scientifique de pointe. Les caractéristiques du polarimètre proposé sont prévues pour être largement compétitives avec les technologies actuelles. Plus important, leur facilité d'utilisation et leur coût maîtrisé devraient permettre de démocratiser la mise en œuvre, dans les laboratoires et les installations de rayonnement synchrotron, de techniques de spectroscopie de photoémission résolues en spin (et éventuellement résolues angulairement). Nous envisageons également que le polarimètre POLARSPIN puisse être utilisé pour améliorer les microscopes électroniques à balayage (SEM) existants afin que ceux-ci permettent l'obtention d'images magnétiques, de manière similaire à ce qui se fait dans les quelques SEM au monde disposant d'une analyse en polarisation (SEMPA), et qui sont actuellement équipés d'un détecteur de type Mott ou SPLEED. La diffusion de solutions technologiques permettant la détection de la polarisation de spin électronique de manière routinière, et non plus seulement par le biais de techniques complexes et confidentielles, permettra certainement d'ouvrir de nouvelles perspectives en instrumentation scientifique et en physique.

Les phénomènes à l'origine du projet POLARSPIN étant essentiellement compris, le challenge ici est de fabriquer des prototypes performants qui pourraient être testés et étalonnés avant leur transfert vers le secteur industriel. Le projet POLARSPIN est conçu pour favoriser une collaboration étroite entre deux partenaires académiques et la start-up CRYOSCAN. Tous ces partenaires bénéficieront des avancées scientifiques réalisées dans le cadre de ce projet. Par ailleurs, l'entreprise CRYOSCAN étendra son champ d'activités en proposant en exclusivité un produit innovant à destination des marchés nationaux et internationaux. Le succès du projet POLARSPIN permettra en effet de fournir un prototype de détecteur de spin, fiable et efficace, avec une mise en œuvre facile démontrée. Nous visons ainsi à 'perturber' le marché des technologies en lien avec la détection du spin électronique.