Physique des matériaux 2D

Système hybride semiconducteur / matériau ferromagnétique

1. Injection/détection électrique de spin dans les semi-conducteurs III-V

Après la première démonstration (IJL, LAF, C2N) de l’injection électrique de spins verticaux dans des SpinLEDs InAs/GaAs sans champ magnétique externe à température ambiante (RT) grâce à l’utilisation d’une électrode ultrafine CoFeB/MgO (présentant une Anisotropie Magnétique Perpendiculaire (PMA)), un défi récent a émergé dans ce domaine concernant le contrôle électrique de l’orientation des spins injectés. Nous avons franchi une étape clé dans la réalisation de cet objectif (Nature 627, 783-788 (2024)) grâce à des couches de Cr/Ta sur CoFeB. L’effet Hall de spin, qui convertit un courant latéral circulant dans le plan d’hétérostructure en un courant vertical de spin, inversant à son tour l’aimantation de la couche de CoFeB  (via l’effet de couple de transfert de spin, Spin Orbit Torque (SOT)), et conduit à une commutation de l’hélicité de l’électroluminescence (EL).

Les problématiques liées au choix du métal le plus pertinent (Cr, W, …) et à la dynamique de commutation de l’hélicité sont des sujets de recherche actifs dans notre équipe, étudiés par mesures d’électroluminescence résolue en temps et en polarisation.

Nous explorons également, via la mesure du photocourant résolu en polarisation, la capacité des SpinLEDs fonctionnant en tant que photodiodes de spin à convertir l’hélicité de la lumière en un signal électrique (courant) (Phys. Rev. Mat 4, 124603 (2020))