Exploration des nanocanaux de transport de dispositifs spintroniques pour l’encodage de l'information et la récolte énergétique

Exploring the nano-transport paths across spintronic devices for information encoding and energy harvesting

• Auteur / Autrice : Bhavishya Chowrira-Poovanna
• Direction : Martin Bowen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/04/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Baptiste Moussy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roberta Sessoli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Baptiste Moussy, Henning Sirringhaus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs -- Jonctions

Transport des électrons, Théorie du

Rayonnement synchrotron

Spintronique

Mots clés libres

Spintronique

Thermodynamique quantique

Energy harvesting

Physique quantique

Molécule magnétique

Lacunes d’oxygène

Dispositif à l’état solide

Spintronics

Quantum thermodynamics

Energy harvesting

Quantum physics

Magnetic molecules

Oxygen vacancies

Solid-state device

Résumé

Depuis que la spintronique a révolutionné le stockage de l'information, elle a trouvé des applications interdisciplinaires dans la détection, la collecte d'énergie, l'Internet des objets, l'informatique neuromorphique, et bien d'autres encore. Pour concevoir et développer de nouvelles fonctionnalités dans les dispositifs spintroniques, il est crucial de comprendre les nanocanaux de transport au travers de ceux-ci. Dans cette thèse, les canaux de nanotransport spintronique à travers des jonctions magnétiques inorganiques (MgO) et organiques (CoPc) sont explorés. Nous faisons la démonstration de nouvelles techniques expérimentales utilisant les rayons X synchrotron pour comprendre le rôle des défauts de l'oxygène dans la barrière de MgO dans le fonctionnement d'un MTJ. Ici, des dispositifs spintroniques multifonctionnels pour le codage de l'information et la collecte d'énergie sont mis en évidence. En s'appuyant sur la théorie et l'expérience, nous demonstrons que l’etat quantique excite d’une chaine de spin moleculaire peut etre utilisee pour encoder de l’information un dispositif à l'état solide. Enfin, nous concevons un nano-moteur spintronique utilisant des centres paramagnétiques Co qui développe une forte puissances électrique à température ambiante, ce qui réalise un pont entre la spintronique moléculaire et la thermodynamique quantique.

Ever since spintronics revolutionized information storage, it has found cross-disciplinary applications in sensing, energy harvesting, the Internet of things, neuromorphic computing, and many more. To design and develop novel functionalities in spintronic devices, it is crucial to understand the nano-transport paths that occurs across these devices. In this thesis, the spintronic nano-transport channels across inorganic (MgO) and organic (CoPc) magnetic tunnel junctions are explored. We demonstrate new experimental techniques using synchrotron X-rays to understand the role of oxygen defects in MgO barrier in the operation of an MTJ. Here, multifunctional spintronic devices for encoding information and energy harvesting are highlighted. Backed by theory and experiment, we establish how the quantum excited state of a CoPc molecular spin chain can be used to encode information in a solid-state device. Following this, we design a spintronic nanoengine using Co paramagnetic centers, and record room temperature power output, thereby bridging molecular spintronics and quantum thermodynamics.