Phénomènes de transport sous effets de proximité dans des dispositifs spintroniques à base de graphène

Proximity-induced transport phenomena in graphene-based spintronic devices

• Auteur / Autrice : Daniel Solis Lerma
• Direction : Mairbek Chshiev, Xavier Waintal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée et du rayonnement
• Date : Soutenance le 13/05/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Spintronique et technologie des composants (Grenoble, Isère, France ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Isnard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alessandro Cresti, Philippe Dollfus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélien Manchon, Stéphan Roche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotubes

Graphène

Spintronique

Mots clés libres

Non colinéaire

Graphene

Spintronique

Rashba

Non-Collinear

Graphene

Rashba

Spintronics

Résumé

Dans cette thèse, nous présentons une étude des propriétés de transport d'une vanne de spin latéral à base de graphène composée de deux aimants identiques déposés sur une feuille de graphène. Nous étudions en détail le transport de spin dans deux configurations magnétiques différentes des aimants: colinéaires et non colinéaires. En particulier, nous nous concentrons sur les phénomènes de magnétorésistance, ainsi que sur l’impact de la ferroélectricité lorsque les aimants sont constitués du matériaux multiferroïque BFO. Nous démontrons l’existence d’une magnétorésistance de proximité (PMR) où une polarisation du courant de spin est générée sans injection directe à travers les matériaux magnétiques. Cette PMR présentent des résultats prometteurs à température ambiante. De plus, nous démontrons la possibilité de manipuler la magnétorésistance en utilisant la polarisation électrique du BFO.En raison du degré de liberté supplémentaire de polarisation électrique, nous définissons deux quantités physiques supplémentaires: la électrorésistance de proximité (PER) et la résistance multiferroïque de proximité (PMER). De plus, nous fournissons une dérivation théorique de l'équation de conservation du courant de spin pour le cas où les intégrales de sauts et le potentiel de sous-réseau de l’hamiltonien du système dépendent du spin. Enfin, nous étudions en détail les phénomènes de couple de transfert de spin dans les vanne de spin proposées en considérant des aimants fait de YIG. Nous étudions sa dépendance par rapport aux dimensions du système et calculons le diagramme de phase courant-champs, à partir duquel il est possible estimer l'ordre de grandeur du courant nécessaire pour commuter l'aimantation des aimants.

In this thesis we present a study of the transport properties of a proposed lateral graphene-based spintronic device, composed of two identical magnets on top of a graphene sheet. We investigate in detail, the spin transport in two different magnetic configurations of the magnets: collinear and noncollinear. In particular, we focus on the magnetoresistance phenomena, as well as, the impact of ferroelectricity when the magnets are made of the multiferroic material BFO. We demonstrate the existence of proximity magnetoresistance phenomena (PMR) generating spin current polarization without direct injection trough the ferromagnet and present promising results at room temperature. Moreover, wedemonstrate the tuning of the magnetoresistance by the electrical polarization of BFO.Due to the extra degree of freedom, we define two extra physical quantities: the proximity electroresistance (PER) and proximity multiferroic resistance (PMER).In addition, we provide a theoretical derivation of the spin current conservation equation for the case when the Hamiltonian of the system has spin dependent hoppings and sublattice potential. Lastly we study in detail the spin transfer torque phenomena in the proposed spin valve considering magnets made of YIG, its dependence with respect to size dimensions and calculate the corresponding phase diagram, from which it is possible to estimate the order of magnitude of the current needed to switch the magnetization ofthe immediate graphene region in contact with the magnet, that for suitable thicknesses, will eventually switch the magnetic orientation of the whole magnet.