Interconversion spin-charge par couplage spin-orbite aux interfaces Rashba et aux surfaces d’isolants topologiques

Publié le : 15 juillet 2019

La conversion d’un courant de charge classique en un courant de spin, porteur non pas de charges mais de moment angulaire, peut être basée sur le couplage spin-orbite dans des systèmes non magnétiques. Depuis une dizaine d’années, l’utilisation de ce couplage a provoqué une transformation radicale de l’électronique de spin.

D’une part, alors que la spintronique conventionnelle utilise l’interaction d’échange dans un matériau ferromagnétique pour manipuler des courants de spin, le couplage spin-orbite peut désormais être utilisé pour générer ou détecter des courants de spin, éventuellement en l’absence de tout élément ferromagnétique. Des effets de transport dépendant en spin peuvent être ainsi observés dans de très larges gammes de matériaux et d’interfaces: métaux, oxydes, semiconducteurs, interfaces rashba, isolants topologiques, matériaux 2D…

D’autre part, la source/détecteur de courant de spin peut être placée en contact direct avec un matériaux ferromagnétique, alors que les empilements de type magnétorésistance géante nécessitent l’utilisation d’espaceurs, c’est-à-dire de matériaux séparants les deux couches ferromagnétiques. Grâce à cette proximité, le courant de spin généré dans le matériau spin-orbite va permettre de manipuler électriquement la direction d’aimantation du matériau ferromagnétique, par effet de transfert de spin. Le courant circule dès lors le long des couches et des interfaces, plutôt que transversalement comme dans les structures à magnétorésistances géantes ou tunnel. Cette configuration permet d’accroître l’efficacité de transfert de spin, et d’adopter des géométries de nanodispositifs innovantes.

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