Manipulation d'état de spin de surface dans nanoparticules semi-conductrices – SPIMAN

Dans le cadre de la fonctionnalisation des surfaces de nanostructures, ce projet vise à générer, manipuler, et détecter des états magnétiques en surface de nanoparticules (NPs) semi-conductrices et polaires de ZnO, par résonance paramagnétique électronique (RPE). Le contrôle de tels états de spin de surface dans un matériau nanométrique, stable et robuste, permet la réalisation d’interrupteurs de spin contrôlés optiquement, ouvrant la voie à de futures nanotechnologies de stockage et de manipulation d’information.

Après avoir démontré récemment la possibilité de générer des états surfacique de spin par irradiation lumineuse visible (laser violet, 405 nm) dans des NPs de ZnO, nous voulons maintenant préciser les conditions de génération et d'extinction de ces états par différentes longueurs d'onde optiques, mais aussi étudier l'influence des conditions de croissance, de l'environnement gazeux post-croissance, de la taille et de la morphologie des NPs sur l'apparition de ces états. L'étude des propriétés fondamentales de ces états magnétiques excités est faite par RPE en ondes continues (bande X) à la température de l'azote liquide et avec excitation optique. Les propriétés dynamiques d'interaction spin-spin et spin-réseau de ces états excités se font par RPE impulsionnelle. Egalement, nous projetons de moduler les caractéristiques statiques et dynamiques des états magnétiques excités par l'application de champ électriques statiques et alternatifs (jusqu'au radiofréquences) sur des couches minces de NPs de ZnO.

Les états de spin étudiés sont issus de la dissociation de pairs électron-trou photo-générées (excitons), et sont directement liés à la grandeur du rapport surface/volume des NPs et à la passivation chimique et physique des interfaces polaires des NPs. La nature exacte de ces état de spin est vraisemblablement un complexe de défauts ponctuels intrinsèques et extrinsèques, en l'occurrence des ions hydrogènes liés à une lacune de zinc. L'hamiltonien de spin approprié met en jeu une interaction hyperfine entre un état électronique de spin 1/2 et trois protons équivalents.