Effets d'accumulation de spin et de magnétorésistance dans des nanostructures latérales

Spin accumulation effects and magnetoresistance effects in lateral nanostructures

• Auteur / Autrice : Gilles Zahnd
• Direction : Jean-Philippe Attané, Laurent Vila
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 15/11/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Spintronique et technologie des composants (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jan Vogel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joo-Von Kim
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julie Grollier, André Thiaville

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Magnétorésistance

Transfert de spin

Mots clés libres

Courant de Spin

Spintronique

Transport

Spin-Orbit

Spintronics

Transport

Résumé

La spintronique est principalement basée sur le phénomène d’accumulation de spin, inhérent à la circulation d’un courant électrique aux interfaces entre des matériaux ferromagnétiques et non magnétiques. Ces accumulations sont classiquement obtenues dans des empilements multicouches pour lesquels les épaisseurs des couches sont inférieures aux longueurs caractéristiques du transport dépendant en spin. Il est ainsi possible de générer dans ces multicouches des effets de magnétorésistance ou de transfert de spin.Le développement de procédés de nanofabrication permet aujourd’hui de créer des nanodispositifs dont les dimensions latérales sont inférieures aux longueurs caractéristiques du transport dépendant en spin, et donc de mettre en jeu ces mêmes phénomènes. Au cours de ma thèse j’ai étudié différentes nanostructures latérales F/N, montrant qu’il est possible de tirer avantage de la géométrie tridimensionnelle des structures et des différentes orientations possibles des spins injectés. Des études de transport ont en particulier été réalisées dans les régimes colinéaires et non colinéaires, afin d’étudier les conséquences de la non-colinéarité sur les effets d’accumulation de spin et de magnétorésistance.Après un chapitre d’introduction au transport électronique dépendant en spin, le second démontre l’intérêt de l’utilisation de l’alliage CoFe dans la réalisation de structures latérales. Le troisième chapitre explore les nouvelles opportunités offertes par les structures latérales dans le cas du transport colinéaire. Le cas non-colinéaire du transport de spin au travers d’un matériau ferromagnétique est ensuite examiné à l’aide de mesures d’absorption de spin et de mesures d’effet Hanle. Enfin, l’exploitation des purs courants de spin en vue de réaliser des structures fonctionnelles à effets de magnétorésistance est étudiée au cours des Chapitres V et VI. Des nanostructures dont la géométrie tire parti des trois directions de l’espace, basées sur un transport de spin à la fois vertical et latéral, sont notamment présentée dans le Chapitre VI.

Spintronics is mainly based on the phenomenon of spin accumulation, which is inherent to the circulation of an electric current at the interfaces between ferromagnetic and non-magnetic materials. These accumulations are conventionally obtained in multilayers for which the thicknesses of the layers are smaller than the characteristic lengths of the spin-dependent transport. It is thus possible to generate in these multilayers magnetoresistances or spin transfer effects.The development of nanofabrication processes makes it nowadays possible to create nanodevices whose lateral dimensions are less than the characteristic lengths of the spin-dependent transport, and thus to bring into play these same phenomena. During my thesis I studied different F / N lateral nanostructures, showing that it is possible to take advantage of the three-dimensional geometry of the structures, and of the different possible orientations of the injected spins. In particular, transport studies have been carried out in collinear and non-collinear regimes, in order to study the consequences of the non-collinearity on the spin accumulations and magnetoresistances.After an introductory chapter on spin-dependent electron transport, the second chapter demonstrates the interest of the CoFe alloy in lateral structures. The third chapter explores the new opportunities offered by lateral structures in the case of collinear transport. The non-collinear case of spin transport through a ferromagnetic material is then examined using spin absorption measurements and Hanle measurements. Finally, the exploitation of pure spin currents in order to realize functional devices is studied in Chapters V and VI. In particular, new nanostructures whose geometry takes advantage of the three directions of space (based on both vertical and lateral spin transport) are presented in Chapter VI.