Phénomène d’injection de spin dans un semiconducteur à partir d’un contact ferromagnétique

par Michaël Tran

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Marie Georges.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre très large de l’intersection entre les domaines de l’électronique de spin (spintronique) et le monde des semiconducteurs. La première partie traite de l’injection et la détection de courants polarisés en spin dans un semiconducteur en géométrie latérale (type MOS). Après avoir explicité de manière théorique les conditions favorables à l’injection et la détection de courants polarisés en spin dans un semiconducteur, cette problématique est illustrée par des expériences impliquant un détecteur optique (Spin-Led) puis électrique. Les expériences de transport sont réalisées sur des électrodes Co/Al₂/O₃/GaAs. Par mesure d’effet Hanle électrique, une accumulation de spin « géante » est mise en évidence. Nous développons alors un modèle de transport tunnel séquentiel à travers des états localisés qui permet d’expliquer l’amplitude des effets mesurés. La deuxième partie est consacrée à l’étude du semiconducteur magnétique dilué (DMS) (Ga,Mn)As. Ce matériau, dont l’origine du ferromagnétisme est très différente des métaux de transition, offre une alternative d’intégration d’un matériau ferromagnétique dans des hétérostructures semiconductrices. Nous montrons comment il est possible de mesurer de la TAMR (magnétorésistance anisotrope tunnel) sur des structures résonantes avec une résolution en tension très fine. Un effet de décalage des résonances en fonction de la direction de l’aimantation est mise en évidence. Nous montrons qu’avec une modélisation du problème par le modèle de Dietl, il est possible de relier le décalage des résonances à la présence d’une contrainte épitaxiale de la couche de (Ga,Mn)As.

  • Titre traduit

    Spin injection phenomena in a semiconductor from a ferromagnetic contact


  • Résumé

    This PhD thesis belongs to both the field of spintronics and the field of semiconductors. The first part deals with the matter of injection and detection of spin-polarized currents in a semiconductor in a lateral geometry (i. E. ) with the same structure as a Field Effect Transitor). After reminding the reader of the general theory of the conditions for efficient spin injection at a ferromagnetic metal/semiconductor interface, the subject is illustrated with spin and detection experiments involving an optical detector (Spin- LED) then a full electrical experiment. Electrical transport measurements are done with Co/Al₂/O₃/GaAs electrodes. Using the electrical Hanle effect, a “giant” spin accumulation is evidenced. A sequential transport model through localized states is developed and allows to explain the amplitude on the experimentally measured effects. The second part of the manuscript deals with the study of the diluted magnetic semiconductor (Ga,Mn)As. This material, in which the ferromagnetism stems from a different mechanism than in traditional transition metals, allows one to easily integrate a ferromagnetic material in 3-5 semic onductor heterostructures. The measurement of Tunneling Anisotropic MagnetoResistance in resonant structures is show. A shift in the voltage of the resonances as a function of the direction of the magnetization is evidenced. A stimulation using Dietl’s model of (Ga, Mn)As allows to link this voltage shift of the resonances to the presence of a uniaxial epitaxial strain in the (Ga,Mn) As layer.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (183 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 168-183

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)263
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