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Une conversion spin/charge très efficace et entièrement modulable à l’interface entre deux oxydes

Une conversion spin/charge très efficace et entièrement modulable à l'interface entre deux oxydes

A l’interface entre le titanate de strontium et l’aluminate de lanthane se forme un système d’électrons bidimensionnel. En utilisant une technique d’injection de spin dynamique, nous avons pu démontrer un taux record de conversion du courant de spin en un courant de charge, qui de plus est pour la première fois modulable en intensité et en signe par l’action d’une grille électrostatique.

Depuis quelques années, l’intérêt de la recherche fondamentale en spintronique s’est porté sur l’utilisation d’un effet relativiste, le couplage spin-orbite, pour générer des courants de spin dans des matériaux non magnétiques. Comme son nom l’indique, cet effet couple le spin et le moment orbital de l’électron, et permet de manipuler le spin de l’électron. Son utilisation permet de révolutionner la façon dont fonctionnent les dispositifs spintroniques tels que les mémoires, les générateurs micro-ondes ou les opérations logiques basées sur le spin.
Dans le système d’électrons bidimensionnel présent à l’interface entre le titanate de strontium et l’aluminate de lanthane existe justement un couplage spin-orbite, dit couplage Rashba. Nous avons utilisé une technique permettant de générer un courant de spin par la mise en précession de l’aimantation d’un matériau en contact tunnel avec le système d’électrons bidimensionnel (par transfert de moment angulaire). Ce dernier s’est montré particulièrement intéressant pour ainsi convertir le courant de spin injecté en un courant de charge transverse via le couplage Rashba. La conversion obtenue est remarquable, de par son efficacité, mais également car elle est modulable en amplitude et en signe par l’action d’une tension de grille. C’est la première fois qu’un tel effet de modulation a ainsi pu être obtenu. Cette démonstration ouvre la porte à diverses études sur l’utilisation de ce fort taux de conversion sur la manipulation de l’aimantation, la recherche de nouvelles sources de courant de spin modulable aussi bien que le transistor à spin, notamment car il est en principe possible de réaliser également l’opération inverse, c’est-à-dire de générer un moment angulaire (de spin) depuis un courant électrique (de charge).

Ce travail est le fruit d’une collaboration entre l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales et des équipes de l’Institut Nanosciences et Cryogénie à Grenoble et du laboratoire Spintec (Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS)

Référence :
Highly efficient and tunable spin-to-charge conversion through Rashba coupling at oxide interfaces.
E. Lesne, Y. Fu, S. Oyarzun, J.C. Rojas-Sanchez, D.A.C. Vaz, H. Naganuma, J.-P. Attané, M. Jamet, J.-M. George, A. Barthélémy, H. Jaffrès, A. Fert, M. Bibes and L. Vila.
Nature Materials (2016), DOI : 10.1038/NMAT4726