Electronique de spin et transport

L’activité électronique de spin et transport recouvre des recherches expérimentales et théoriques à propos de la dynamique de l’aimantation, des propriétés électriques des dispositifs magnétiques, et du transport électrique, thermique, et acoustique dans les nano-objets. 
Il s’agit donc essentiellement de découvrir des propriétés physiques nouvelles de matériaux nanostructurés ou en couche minces, dans le contexte des problématiques industrielles et en particulier en relation avec le défi énergétique. L’équipe focalise ses efforts pour la création des dispositifs électroniques innovants de stockage et de traitement de l’information, ainsi que de générateur électrique (transducteurs) autonome.

En particulier, nous développons des activités dans des directions originales telles que:

1) Les propriétés d’inertie de l’aimantation

 L’image ci-dessous montre le mouvement de nutation qui se superpose à la précession pour un aimant dans un champ magnétique. Voir aussi les publications ci-dessous [1,2]. Ce sujet de recherche a fait l’objet d’un séminaire du Département de Physique récemment 

Fig. 1 

Dynamique de l’aimantation (vecteur de module constant M). (a) Précession avec amortissement. (b) Précession et nutation avec amortissement. (c) Spectre de résonance de précession ferromagnétique (FMR) en fonction de la fréquence du champ d’excitation. (d) spectre avec résonance de précession et de nutation.

2) Etude thermodynamique hors équilibre de L’effet Hall

Cette recherche porte sur l’effet Hall anomal (AHE : intrinsèque et extrinsèque), l’effet Hall planaire (PHE), et l’effet Hall topologique. Il s’agit d’une étude comparative, qui inclut les nouveaux matériaux tels que les cristaux altermagnétiques (Mn5Si3 et MnTe). L’étude réunit un consortium incluant Nancy (IJL), Grenoble (SPINTEC-UGA), Marseille (CINaM), Prague (), Sacley (SPEC et LAF).
Le but est d’étudier théoriquement [3,4] et expérimentalement [5,6] les propriétés de dissipation et de rendement d’un transducteur de Hall. Un comportement universel a été mis en évidence.

Fig. 2 

En haut : Dispositif électronique comprenant une barre de Hall connectée à un générateur et une résistance de charge. En bas : mesure de la puissance Joule (normalisé) du courant de Hall aux bornes de la résistance de charge, pour quatre matériaux CoGd (ferrimagnétique), NiFe (ferromagnétique), Mn5Si3 (altermagnétique), et MnTe (altermagnétique). On, constate que le profile est universel (il ne dépend pas des matériaux). Ligne pleine : expression issue du modèle prédictif (voir références [3] et [4]).

3) Etude thermodynamique hors équilibre de L’effet Hall de spin.

L’étude est similaire à l’a précédente, mais elle est mené sur des métaux lourds, tel que Pt et Ta, qui ne sont pas magnétiques et qui possèdent un fort couplage spin-orbite. Un effet Hall de spin a lieu lorsqu’on injecte du courant longitudinalement. Cela conduit à une accumulation de spin aux bords de la barre Spin Hall (voir Fig 3 à gauche), à champ magnétique nul [7]. De même que pour les conducteurs sous champ magnétique ou pour les matériaux magnétiques, un courant transverse est injecté à partir de la barre de Hall, mais il s’agit d’un courant de spin pur. Un tel courant de spin est généré à partir du canal up, qui est compensé par le courant de spin généré par le canal down, de sens opposé, mais de même amplitude. La question est de comprendre ce qu’il se passe avec le courant de charge et l’effet Joule dès que la relaxation de spin détruit la polarisation en spin des courants, à une échelle de quelques nanomètre. La figure schématise l’injection de courant de spin pur par les deux canaux de spin en Fig.3 à droite (profile des courants en vert). Le modèle prédit un effet Joule négligeable [8]. L’étude expérimentale correspondante est en cours.

Fig. 3
Gauche : Dispositif électronique comprenant une barre spin-Hall connecté à un générateur et à une résistance de charge. L’effet Hall de spin induit une accumulation de spin aux bords. Droite : illustration de l’injection latéral de courant de spin pure dans la résistance de charge.