L'interface carbone-cobalt: un candidat prometteur pour réaliser une source de courant polarisée en spin
Des physiciens viennent d'identifier un nouveau candidat pour la réalisation d'une source de courant polarisé en spin bien plus facile à réaliser et plus robuste que les propositions précédentes: une interface entre du cobalt et du carbone amorphe.
Les dispositifs spintroniques mettent à profit l'orientation de l'aimant élémentaire, ou spin, que porte chaque
électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...). Ces dispositifs très compacts et performants fonctionnent actuellement à l'échelle du composant, et ne permettent pas le transfert d'information. Pour cela, il faudrait disposer de sources de courant polarisées en spin, c'est-à-dire produisant des électrons dont les aimants pointent tous dans la même direction. De nombreuses possibilités ont été explorées ces 25 dernières années. Elles impliquent des demi-métaux, des semi-conducteurs magnétiques dilués, des systèmes à filtrage de
symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une...) électronique et, plus récemment, des interfaces entre un métal ferromagnétique et des molécules organiques.
Alors que toutes ces solutions sont relativement complexes à mettre en œuvre et fragiles pour certaines, des physiciens de l'Institut de
physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) chimie des
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de Strasbourg - IPCMS (CNRS/Univ. Strasbourg) en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de
science des matériaux (La science des matériaux repose sur la relation entre les propriétés, la morphologie...) de Mulhouse (IS2M), et soutenus par l'institut Carnot MICA, viennent d'identifier un nouveau candidat bien plus facile à réaliser et plus robuste: l'interface entre du cobalt et des atomes de carbone. Ces travaux, publiés dans la revue Carbon, ont été auparavant protégés par un brevet.
L'adsorption de carbone amorphe sur Co engendrerait une forte asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes...) de spin du courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) cette interface.
© M. Bowen / IPCMS
Pour réaliser cette expérience, les chercheurs ont tout d'abord déposé une vingtaine de couches atomiques de cobalt sur un cristal de cuivre. Ils ont ensuite évaporé des atomes de carbone pour former des couches de carbone amorphe épaisses de 0,8, 2 et 6 monocouches atomiques. Ils ont alors soumis l'interface entre le carbone et le cobalt à un rayonnement X et mesuré les propriétés des électrons arrachés de la surface par cette
lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). Dans une première série d'expériences, menées au
synchrotron (Le terme synchrotron désigne un grand instrument électromagnétique destiné...) Soleil, lorsque l'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) du rayonnement incident permet de sonder les électrons participants à la conduction électrique dans le cobalt, les chercheurs ont observé une émission électronique qui est polarisée en spin à près de 100%.
Des expériences similaires, mais cette fois-ci menées à l'échelle du laboratoire avec des rayons X moins intenses, à Mulhouse, ont alors montré que ces électrons proviennent soit de liaisons entre un atome de carbone isolé et le cobalt, soit de liaisons entre deux atomes de carbone et un atome de cobalt.
La comparaison avec les résultats que les chercheurs avaient obtenus précédemment avec des molécules de phtalocyanine semble indiquer que la liaison importante, qui est présente avec ces molécules et avec le carbone amorphe, est la liaison entre deux atomes de carbone et le cobalt. Le cobalt, qui est magnétique, peut alors stabiliser le magnétisme de cette liaison entre atomes de carbone.
Pour plus d'information voir:
Highly spin-polarized carbon-based spinterfaces