Illustration: CEA En exploitant le mécanisme de "couplage spin-orbite" dans un système bidimensionnel d'électrons, une équipe de l'Inac a obtenu un taux record de conversion d'un courant de spin électronique en courant de charges électriques. L'intensité et le sens du courant sont modulables par une
grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du...) électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre...).
La spintronique se distingue de l'électronique par l'exploitation du spin des électrons. Elle utilise classiquement des matériaux ferromagnétiques qui permettent de polariser en spin un
courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) et donc, de produire de la "magnétorésistance". Ainsi, l'état magnétique du système peut piloter sa résistance et, à l'
inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), il peut être modifié par "transfert du moment de spin" porté par le courant électrique. Ce sont les principes à la base des mémoires magnétiques actuelles, à la fois non volatiles, compactes et rapides.
Depuis quelques années, l'intérêt des chercheurs s'est porté sur le "couplage spin-orbite" qui permet de générer des courants de spin, cette fois dans des matériaux non magnétiques. Ce mécanisme pourrait révolutionner les mémoires magnétiques, les générateurs micro-ondes ou les opérateurs logiques basés sur le spin.
Plus concrètement, à l'interface entre des couches de
titanate de strontium (Le titanate de strontium est un oxyde de titane et de strontium de formule SrTiO3. Il existe à...) (SrTiO3) et d'aluminate de
lanthane (Le lanthane est un élément chimique, de symbole La et de numéro atomique 57.) (LaAlO3), il existe un système bidimensionnel d'électrons, dans lequel on observe justement un couplage spin-orbite, dit "couplage Rashba". Les physiciens de l'Inac ont utilisé une technique permettant de générer un courant de spin par la mise en
précession (La formule mathématique qui décrit la précession d'une quantité s'écrit) de l'aimantation d'un
alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments...) de
nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et de fer, en contact "
tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de...)" avec le système d'électrons bidimensionnel. Ce procédé s'est avéré particulièrement intéressant pour convertir le courant de spin injecté en un courant de charges transverse, via le couplage Rashba. La conversion obtenue est remarquable par son efficacité, mais également parce qu'elle est modulable en
amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) et en signe par une grille électrostatique.
Cette démonstration ouvre la voie notamment à la
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de nouvelles sources de courant de spin modulable, voire même de "transistors à spin", car il est en principe possible de réaliser l'opération inverse.
Ce travail est le fruit d'une collaboration entre deux équipes de l'Inac et de l'unité mixte de Physique CNRS
Thales (Thalès de Milet appelé communément Thalès (en grec ancien...), à Palaiseau (Université Paris Sud, CNRS, Thales).
Publication:
Highly efficient and tunable spin-to-charge conversion through Rashba coupling at oxide interfaces, Nature Materials.