Courants de spin et l'effet Hall de spin dans des nanostructures latérales

Spin currents and spin Hall effect in lateral nano-structures

• Auteur / Autrice : Piotr Laczkowski
• Direction : Alain Marty
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/10/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Service de Physique des Matériaux et des Microstructures
• Jury : Président / Présidente : Alain Schuhl
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albert Fert, Laurent Villa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Montaigne, Michel Viret

Mots clés

Mots clés libres

Vannes de spins

L`effet Hall de spin

SHE

Pure courant de spins

Jonctions transparantes

Pt

Signal de spin

GMR

NL

L`effet Hanle

Junctions tunneles

Precession de spin

Py/Al, Py/Cu, Py/Au, Ni

Side jump

Aliages d`Au

Lateral spin valves

LSV

Spin Hall effect

Pure spin curents

Transparent junctions

Spin signal

Hanle effect

Tunnel junctions

Spin precession

Side jump

Au alloys

Pt, Py/Al, Py/Cu, Py/Au, Ni

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude des courants de spin et de l’effet Hall de spin dans des nanostructureslatérales. Des vannes de spin latérales Py/Al, Py/Cu et Py/Au, ont été fabriquées parlithographie électronique, puis optimisées et caractérisées par des mesures de magnéto-transport.Des mesures non locales, de GMR, et d’effet Hanle ont ainsi été enregistrées à 300K et 77K. De l’optimisation des vannes de spin latérales a découlé l’observation de fortes amplitudes designal de spin. De plus, les effets du confinement latéral et vertical de l‘accumulation de spin,par utilisation d’un canal non-magnétique confiné ou de barrières tunnel AlOx, ont été mis enévidence expérimentalement et décrits théoriquement. Des simulations par éléments finis et desanalyses basées sur les modèles de diffusion 1D ont été développées, permettant l’extraction de lapolarisation effective Peff et de la longueur de diffusion de spin lNsf des données expérimentales.Enfin, l’effet Hall de spin dans des matériaux à fort angles de Hall (Pt, aliage d’Au) a étéétudié dans des hétérostructures latérales et par pompage de spin à la résonance ferromagnétique.

This PhD thesis focus on the study of spin currents and of the spin Hall effect in lateralnano-structures. Lateral spin-valves based on Py/Al, Py/Cu and Py/Au, fabricated by meansof electron-beam lithography, have been optimized and characterized using magneto-resistancemeasurements. Non-local, GMR and Hanle effect measurements have been recorded at 300K and77K. The optimization of these lateral spin-valves allowed the observation of high spin signalamplitudes. Lateral and vertical confinement effects on the spin accumulation, by using confinednon-magnetic channel and AlOx tunnel barriers, were evidenced experimentally and describedtheoretically. Finite Elements Method simulations and analyses based on a 1D diffusion modelhave been developed, allowing the extraction from our experimental data of the effective spinpolarization Peff and of the spin diffusion length lNsf .Finally, the spin Hall effect of materials with high spin Hall angles (Pt, Au alloys) has beenstudied using both hybrid lateral nano-structures and spin pumping ferro-magnetic resonance.