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Spin injection in Germanium : from metallic to semiconducting ferromagnetic injector
No full textLe développement de nouveaux dispositifs spintroniques à base de semi-conducteurs (SC) nécessite la création d'une population électronique polarisée en spin dans ces matériaux. De ce point de vue, le germanium est un matériau prometteur pour les applications en spintronique à cause de la forte mobilité des porteurs de charge ainsi que de la symétrie d'inversion du cristal diamant à l'origine de temps de vie de spin très longs. Dans ce manuscrit, nous discutons deux approches pour l'injection et la détection électrique de spins dans le germanium. La première approche consiste à utiliser une barrière tunnel et un métal ferromagnétique (FM) comme injecteur de spin. L'insertion d'une barrière tunnel à l'interface FM/SC permet de résoudre le problème fondamental du désaccord de conductivité. Nous avons utilisé deux injecteurs différents : Py/Al2O3 et CoFeB/MgO. Les mesures sont réalisées en géométrie à trois contacts et l'accumulation de spins dans le germanium est démontrée par la mesure de l'effet Hanle. Dans le cas d'une barrière d'Al2O3, les spins injectés s'accumulent sur des états localisés à l'interface oxyde/Ge et cette accumulation est observée jusqu'à 220 K. Dans le cas d'une barrière de MgO, les spins sont réellement injectés dans le canal de Ge et un signal de 20-30 µV est encore observé à température ambiante. Nous discutons dans la deuxième approche l'utilisation du semi-conducteur magnétique (Ge,Mn) comme injecteur de spins dans le Ge. Nous avons tout d'abord étudié les propriétés structurales et magnétiques de films minces de (Ge,Mn) fabriqués par épitaxie par jets moléculaires à basse température. En faisant varier les paramètres de croissance, nous avons pu observer des nanocolonnes de GeMn cristallines ou amorphes, ainsi que des films et des nanoparticules de Ge3Mn5. Nous nous sommes concentrés sur l'anisotropie magnétique de ces nanostructures. Finalement, la croissance de (Ge,Mn) sur GOI a été optimisée en vue de son utilisation comme injecteur de spins dans le germanium et différentes méthodes d'intégration de ce matériau dans les dispositifs de spintronique « tout semi-conducteur » sont discutées.Creation of spin polarization in non-magnetic semiconductors is one of the prerequisite for creation of spintronics based semiconductor devices. Germanium is interesting for spintronics applications due to its high carrier mobilities and its inversion symmetry that gives long spin lifetimes. In this manuscript, we discuss two approaches for electrical spin injection and detection in Germanium. The first approach is to use a tunnel barrier and a ferromagnetic metal as a spin injector. The tunnel barrier at the interface circumvents the conductivity mismatch problem. Two different spin injectors are used: Py/Al2O3 and CoFeB/MgO. The measurements are performed in three-terminal geometry and the proof of spin accumulation is given by Hanle measurements. In case of Al2O3, the spin accumulation is predicted to be in localized states at the oxide/Ge interface and the spin signal is observed up to 220 K. However in MgO based devices, true injection in Ge channel is predicted and spin signal of 20-30 µV is observed at room temperature. The second approach of using ferromagnetic semiconductor (Ge,Mn) as spin injector is also discussed. The structural and magnetic properties of (Ge,Mn) thin-films grown by low-temperature molecular beam epitaxy (LT-MBE) are studied. Depending on the growth parameters, crystalline/amorphous GeMn nanocolumns and Ge3Mn5 thin films or nanoclusters have been observed. Magnetic anisotropy in these nanostructures is also studied. Finally, the growth of (Ge,Mn) films on GOI substrates is shown and different ways to use (Ge,Mn) as a spin injector in Ge are discussed to achieve all-semiconductor based spintronics devices
Optimization of MoSe2 - WSe2 growth by Van der Waals epitaxy for valleytronics
No full textCette thèse a pour objet l’optimisation de la croissance par épitaxie par jets moléculaires dans le régime de van der Waals de couches semi-conductrices bidimensionnelles (2D) de diséléniures de métaux de transition (MoSe2, WSe2) pour les études magnéto-optiques et électriques. Cette optimisation passe par l’amélioration de la qualité cristallographique des couches sur de grandes surfaces en ajustant les paramètres de croissances (température et flux). En particulier, la maîtrise de l’état de surface du substrat est déterminante sur les mécanismes de croissance de ces couches. L’élaboration de ces matériaux de basse dimensionnalité a nécessité l’utilisation de techniques de caractérisation avancées (Diffraction de rayons X en incidence rasante, Microscopie électronique en transmission en mode haute résolution, ect). Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux substrats particuliers : l’oxyde de silicium et le mica. Ils présentent tous les deux la particularité d’être isolants et inertes d’un point de vue électronique, ce qui est indispensable pour sonder les propriétés optiques et électriques intrinsèques des couches 2D. Finalement, nous avons développé les dopages électrique (dopage p) pour la microélectronique et magnétique (dopage Mn) pour la valleytronique.The purpose of this thesis is to optimize growth by molecular beam epitaxy in the van der Waals regime of two-dimensional (2D) semiconductor layers of transition metal diselenides (MoSe2, WSe2) for magneto-optical and electric studies. This optimization involves improving the crystallographic quality of the layers over large areas by adjusting the growth parameters (temperature and flux). In particular, the control of the surface state of the substrate is decisive on the growth mechanisms of these layers. The development of these low-dimensional materials required the use of advanced characterization techniques (Grazing incidence X-ray diffraction, High Resolved Transmission Electronic Microscopy, ect). In this thesis, we focused on two specific substrates : silicon oxide and mica. They both have the particularity of being insulating and inert from an electronic point of view, which is essential to probe the optical and electrical intrinsic properties of 2D layers. Finally, we developed electrical doping (p doping) for microelectronics and magnetic (Mn doping) for valleytronics
Towards a spin-selective Schottky barrier tunnel transistor.
No full textDiese Arbeit befasst sich mit dem Wachstum von Dünnschichtstrukturen, die zur Herstellung eines Spin-selektiven Schottky-Barrier-Tunneltransistors (SS-SBTT) erforderlich sind. Das Bauelement basiert auf dem Transport von Ladungsträgern durch eine dünne halbleitende (SC) Schicht, die zwei ferromagnetische (FM) Kontakte trennt. Daher müssen hochqualitative und gitterangepasste vertikale FM/SC/FM-Trilayer gezüchtet werden, was aufgrund der inkompatiblen Kristallisationsenergien zwischen SC und Metallen eine experimentelle Herausforderung darstellt. Das Problem wurde mit einem Festphasenepitaxie-Ansatz gelöst, bei dem eine dünne amorphe Ge-Schicht (4-8 nm) durch Ausglühen über Fe3Si auf GaAs(001)-Substraten kristallisiert wird. Langsame Glühgeschwindigkeiten bis zu einer Temperatur von 260°C konnten ein neues gitterangepasstes Polymorph von FeGe2 erzeugen, über das ein zweites Fe3Si mittels Molekularstrahlepitaxie gezüchtet werden könnte. SQUID-Magnetometermessungen zeigen, dass die dreischichtigen Proben in antiparallele Magnetisierungszustände versetzt werden können. Vertikale Spin-Ventil-Bauelemente, die mit verschiedenen Trilayern hergestellt wurden, wurden verwendet, um zu demonstrieren, dass der Ladungstransport über die Heteroübergänge spinselektiv ist und bei Raumtemperatur einen Magnetowiderstand von höchstens 0,3% aufweist. Der Effekt nimmt bei niedrigen Temperaturen ab, was mit einem ferromagnetischen Übergang in der FeGe2-Schicht korreliert. Durch TEM- und XRD-Experimente konnte festgestellt werden, dass das neue FeGe2-Polymorph die Raumgruppe P4mm aufweist und bis zu 17% Si-Atome als Ersatz für Ge-Stellen enthält. Die Isolierung von FeGe2 war möglich, indem das Verhältnis von Fe-, Si- und Ge-Atomen so eingestellt wurde, dass die richtige Stöchiometrie bei vollständiger Durchmischung erreicht wurde. Anhand von FeGe2-Dünnschichten wurde ein zunehmender spezifischer Widerstand bei niedriger Temperatur und ein semi-metallischer Charakter beobachtet.This thesis discusses the growth of thin film structures required to fabricate a Spin-Selective Schottky Barrier Tunnel transistor (SS-SBTT). The device relies on charge carriers being transported through a thin semiconducting (SC) layer separating two ferromagnetic (FM) contacts. Thus, high quality and lattice-matched FM/SC/FM vertical trilayers must be grown, which is experimentally challenging due to incompatible crystallization energies between SC and metals. The problem was solved using a solid-phase epitaxy approach, whereby a thin amorphous layer of Ge (4-8 nm) is crystallized by annealing over Fe3Si on GaAs(001) substrates. Slow annealing rates up to a temperature of 260°C could produce a lattice-matched Ge-rich compound, over which a second Fe3Si could be grown my molecular-beam epitaxy. The compound obtained during annealing is a new layered polymorph of FeGe2. SQUID magnetometry measurements indicate that the trilayer samples can be placed in states of antiparallel magnetization. Vertical spin valve devices created using various trilayers were used to demonstrate that charge transport is spin-selective across the heterojunctions, showing a magnetoresistance of at most 0.3% at room temperature. The effect decreases at low temperature, correlating with a ferromagnetic transition in the FeGe2 layer. TEM and XRD experiments could determine that the new FeGe2 polymorph has a space group P4mm, containing up to 17% Si atoms substituting Ge sites. Isolating FeGe2 was possible by tuning the proportion Fe, Si and Ge atoms required to obtain the right stoichiometry upon full intermixing. Hall bars fabricated on FeGe2 thin films were used to observe an increasing resistivity at low temperature and semimetallic character
Molecular beam epitaxy of van der Waals heterostructures based on ferromagnetic Cr2Te3 for spintronics
No full textUn des buts de la spintronique est d'utiliser le degré de liberté de spin des électrons afin de stocker et d'utiliser des informations. En ce sens, réussir la croissance sur de larges surfaces de matériaux bidimensionnels (2D) ferromagnétiques ayant une haute température de Curie (Tc) et une anisotropie perpendiculaire magnétique est hautement importante pour le développement de capteurs et de mémoires magnétiques ultra-compactes. Le matériau van der Waals (vdW) Cr2Te3 est un candidat prometteur grâce à la bonne qualité des interfaces formées avec d’autres matériaux vdW ou 2D, ainsi que par la possibilité de contrôler ses propriétés magnétiques par des contraintes ou un champ électrique. Pour échantillon massif, la Tc de ce matériau est de 180 K et son axe d’aimantation facile est hors du plan. Premièrement, des caractérisations structurelles et magnétiques d’heterostructures vdW à base de Cr2Te3 sont présentées. La croissance des échantillons a été réalisée par épitaxie par jets moléculaires sur des couches du semi-métal graphene, du semi-conducteur WSe2 ainsi que de l’isolant topologique Bi2Te3. Ces heterostructures ont été étudiées à l’aide de multiples techniques expérimentales telles que la microscopie à force atomique pour vérifier la surface des couches, la spectroscopie Raman et la diffraction aux rayons X pour la structure cristalline, la microscopie par transmission électronique pour imager les interfaces, la rétrodiffusion Rutherford afin de de déterminer précisément la stœchiométrie et enfin par SQUID, MOKE et dichroïsme circulaire magnétique au synchrotron pour les propriétés magnétiques. La dépendance de l’anisotropie magnétique de fines couches (d’une épaisseur de 5 mailles cristallines) en fonction de la structure cristalline est mise en évidence, qui est elle-même déterminée par l’énergie fournie au système durant la croissance. Le choix de la couche 2D sous le Cr2Te3 n’affecte pas la croissance de ce dernier par conséquence des faibles interactions vdW. Dans un second temps, la température de transition de phase magnétique du matériau a été modifiée à la suite de recuits jusqu’à 700°C. Une augmentation de la Tc jusqu’à 250 K a été mesurée et corrélée avec un changement de la stœchiométrie des couches. De plus, des mesures de transport électrique ont été réalisées sur des heterostructures à base de Cr2Te3 afin d’étudier la dépendance de la résistivité transverse dans des barres de Hall en fonction de la structure de bandes du matériau ferromagnétique et de potentiels transferts de charges avec les matériaux 2D à proximité. Enfin, les couples spin-orbites induits par des couches de Bi2Te3 interfacées avec du Cr2Te3 ont été mesurés afin d’obtenir, par des courants électriques, un contrôle et même le retournement de l’aimantation.The field of spintronics aims at using the spin degree of freedom of electrons to store and transport information. In this sense, achieving large-scale growth of two-dimensional (2D) ferromagnetic materials with high Curie temperature (Tc) and perpendicular magnetic anisotropy (PMA) is highly desirable for the development of ultra-compact magnetic sensors and magnetic memories. The van der Waals (vdW) ferromagnet Cr2Te3 appears as a promising candidate due to the high quality of the interfaces formed with other vdW or 2D materials as well as the possibility to tune its magnetic properties by strain or electric field. In the bulk, the Tc of this ferromagnet is 180 K and the easy axis of magnetization is out-of-plane. First, structural and magnetic characterization of vdW heterostructures of Cr2Te3 on 2D materials were carried out. Samples were grown by molecular beam epitaxy (MBE) on the semimetal graphene, the semiconductor WSe2 as well as the topological insulator Bi2Te3. The heterostructures were characterized using a full set of tools ranging from atomic force microscopy (AFM) to study the layer morphology, Raman spectroscopy and x-ray diffraction for the crystal structure, transmission electron microscopy to image the interfaces, Rutherford back scattering (RBS) to determine accurately the stoichiometry and SQUID, MOKE and x-ray magnetic circular dichroism at synchrotron facilities for magnetic properties. The magnetic anisotropy of thin films (5 unit cell thick) is found to be dependent on the crystalline structure that is determined by the energy given to the system during growth. The choice of the 2D template for the epitaxy was found not to affect the crystal structure, due to weak vdW interaction. In a second step, the magnetic ordering temperature of the material was tuned with the help of post-growth annealing up to 700°C. An increase of the Tc up to 250 K was measured, associated to a change of the layers composition. Besides, electrical characterization of vdW heterostructures based on Cr2Te3 was carried out to study the Hall resistivity of the film as a function of the electronic band structure and charge transfer with the 2D material substrate. Spin-orbit torques induced by Bi2Te3 were finally measured for the electrical control and reversal of the magnetization of the 2D ferromagnetic layers
Spin-charge conversion in 2D materials and van der Waals heterostructures
No full textAprès la première exfoliation du graphène en 2004, de nombreux autres matériaux 2D ont été étudiés pour diverses applications, notamment la spintronique, un domaine qui exploite le degré de liberté du spin des électrons par opposition à la charge en électronique. La pierre angulaire de la spintronique fondamentale est le phénomène d'interconversion entre un courant de spin et un courant de charge, plus connu sous le nom de conversion spin-charge (SCC). Les matériaux 2D sont caractérisés par une faible interaction de van der Waals (vdW) entre les couches, ce qui permet de relâcher la contrainte d’accord de paramètre de maille pour l'épitaxie et de produire des hétérostructures vdW complexes. Cela peut également offrir de nouvelles plates-formes de croissance difficilement accessibles aux matériaux 3D conventionnels et, en raison des faibles liaisons vdW, les films produits peuvent être transférés sur un autre substrat. En outre, les matériaux 2D présentent une structure de bande dépendant de l'épaisseur et diverses hétérostructures peuvent être formées, ce qui ouvre la voie à un grand nombre de nouvelles applications en spintronique. Cependant, la plupart des recherches actuelles sont basées sur des flocons exfoliés dont la taille ne dépasse pas quelques dizaines de µm, ce qui limite les possibilités d'intégration. Dans cette thèse, je présente la croissance sur de grandes surfaces de matériaux 2D de haute qualité et d'hétérostructures vdW par épitaxie par jets moléculaires (EJM) et j'étudie les effets SCC par émission THz spintronique sondée par spectroscopie THz dans le domaine temporel. Tout d'abord, des hétérostructures CoFeB/PtSe2 avec une épaisseur variable de PtSe2 ont été étudiées et une transition de l'effet Rashba-Edelstein inverse dans quelques monocouches (ML) à l'effet Hall de spin inverse dans des films plus épais a été observée. C'est la première fois qu'un matériau présente une telle transition. Le second système était une bicouche PtSe2/MoSe2 dans laquelle nous avons observé une bande électronique hybridée présentant une texture de spin opposée à celle de PtSe2. Nous avons ainsi pu démontrer la possibilité d'inverser le signe de l’effet Rashba-Edelstein inverse en insérant une seule couche de MoSe2, ce qui ouvre une nouvelle voie pour moduler l'intensité et le signe de la SCC dans les hétérostructures vdW avec un contrôle à l’échelle de la monocouche. Enfin, la SCC dans quelques couches de PtSe2/MoSe2 a été étudiée en fonction d'un champ électrique externe variable ou rémanent par effet de proximité avec un matériau ferroélectrique 3D. En effet, cette hétérostructure vdW est semi-conductrice avec une efficacité de SCC possiblement plus grande dans les bandes électroniques loin du niveau de Fermi accessibles par l'application d'un champ électrique. Ces résultats nous incitent à explorer davantage le monde des matériaux 2D par divers moyens, tels que les champs électriques, et à rapprocher les matériaux 2D des applications dans le domaine de la spintronique.After the first-time successful exfoliation of graphene in 2004 many more 2D materials have been studied for various applications, including spintronics, a field that exploits the spin degree of freedom of electrons as opposed to the charge in electronics. The cornerstone of fundamental spintronics is the spin current-charge current interconversion phenomena, shortly known as spin-charge conversion (SCC). 2D materials are characterized by weak van der Waals (vdW) interaction between the layers, thus, relaxing the lattice-matching requirement for the epitaxy, enabling to grow complex vdW heterostructures. This can also offer new growth platforms not easily accessible by conventional 3D materials, and, due to the weak nature of the vdW forces, grown films can be transferred onto another substrate. Moreover, 2D materials show thickness dependent band structure and various heterostructures can be formed, opening up a vast number of possibly new physics for spintronic applications that can be explored. However, most of the current research is based on exfoliated flakes that are at most tens of µm in size, limiting their possible implementation for applications. In this thesis, I present large-area growth of high quality 2D materials and vdW heterostructures by molecular beam epitaxy (MBE) and study SCC effects by spintronic THz emission probed by THz time domain spectroscopy. First, CoFeB/PtSe2 heterostructures with varying the thickness of PtSe2 were studied and a transition from the inverse Rashba-Edelstein effect in a few monolayers (ML) to the inverse spin Hall effect in thicker films was observed. This is the first time a material showed such a transition. The second system was PtSe2/MoSe2 bilayer where we observed a hybridized electronic band showing an opposite spin texture to that of PtSe2. By this, we could demonstrate the possibility to reverse the sign of the inverse Rashba-Edelstein effect by inserting a single MoSe2 layer opening up a new route to modulate SCC intensity and sign in vdW heterostructures with monolayer control. Finally, SCC in few layer PtSe2/MoSe2 was investigated as a function of an external electric field either variable or remanent by proximity with a 3D ferroelectric material. Indeed, this vdW heterostructure is semiconducting with possibly larger SCC efficiency in electronic bands far from the Fermi level accessible through the application of an electric field. Those findings push us to explore the world of 2D materials even more by various means, such as electric fields, and bring 2D materials closer to spintronic device applications
Ultrafast carrier dynamics and electronic properties of PtSe2/MoSe2and WSe22D TMDC layered structures on mica: combined THz spectroscopy and DFT study
No full textA detailed investigation of structure, electronic and optical properties of two transition metal dichalcogenide (TMDC) structures is presented in this study. Sample 1 consists of epitaxially grown bilayer of PtSe2 (2 monolayers) on MoSe2 (1 monolayer) deposited on mica substrate – reported here for the first time. Sample 2 comprises a trilayer of WSe2 grown on mica. The photoconductivities of both samples were characterized using optical pump-terahertz probe spectroscopy under above- and near-bandgap excitations at 400 nm and 800 nm. Both structures exhibit rapid carrier generation and relaxation dynamics, with notable variations depending on excitation wavelength and structures. Complementary density functional theory (DFT) calculations are performed to evaluate the electronic and optical properties of free-standing single layers of MoSe2, PtSe2 and WSe2 and their combined structures corresponding to Sample 1 and Sample 2. The experimental results show strong agreement with calculated band structures. This consistency between experiment and theory underscores the potential of these TMDC structures for future applications in terahertz and high-frequency electronic devices
Utilisation de l’intelligence artificielle pour améliorer le diagnostic du mélanome
No full textLe mélanome est un des cancers de la peau les plus agressifs et exige un diagnostic précoce pour optimiser les chances de guérison. Traditionnellement, ce diagnostic repose sur l’expertise visuelle des dermatologues, une méthode sujette à la variabilité et aux erreurs humaines. C’est pourquoi l’intelligence artificielle (IA) s’est imposée comme une solution prometteuse pour améliorer la précision et la rapidité du diagnostic en dermatologie.Cette thèse explore la physiopathologie du mélanome ainsi l’application de l’IA dans son diagnostic, avec un focus sur le système développé par ANAPIX et son algorithme. En utilisant des techniques d’apprentissage automatique, comme les motifs locaux binaires et les machines à vecteurs de support, l’analyse des images dermoscopiques sans segmentation préalable, aide ainsi à différencier les mélanomes des lésions bénignes. Ainsi, en s’appuyant sur une étude, nous nous intéresserons au rôle de l’IA dans l’amélioration du diagnostic du mélanome. Toutefois, l’intégration de l’IA dans la pratique clinique pose des défis, notamment en termes de biais dans les données d’apprentissage, de régulations strictes, et de l’acceptation par les professionnels de santé. L’IA ne peut être utilisée de façon autonome et doit servir d'outil complémentaire à la décision clinique. Les perspectives futures sont néanmoins prometteuses
The German Occupation in recent French fiction : an analysis of the literary “mode retro”
No full textThis thesis attempts to analyse and characterise the mode rétro, the remarkable renewal of interest in the German Occupation of France, which is coloured by an extensive re-evaluation of the period's significance. An introduction places this fashion in its literary, social and historical context, revealing how, from 1940 to 1969, a collective and predominantly Gaullist 'myth' of the Resistance became established, with the result that the national response to invasion was accepted to be one of wide-spread heroism and revolt. Part I studies the reaction to such résistancialisme, showing how this orthodox interpretation of events was undermined and, for many, discredited, and offering explanations of the timing and direction of the new view. Part II focuses on the fiction, memoirs, autobiographies and biographies of the younger authors, those who have no direct adult experience of the années noires. It is suggested that their obvious obsession with absent parent-figures reflects their awareness that the past has been misrepresented and their heritage rendered problematic. Their sole means of escape from this predicament, their only source of emotional relief is seen to lie in the creation of a personal account of the early 1940s running contrary to the prevalent orthodoxy, the fabrication of a 'counter-myth'. It is thus the notion of myth which links the various sections of the survey, and so gives the thesis its overall unity
A Study of spin injection and detection in silicon and germanium : from the local measurement of spin accumulation to the non-local detection of spin currents
No full textDepuis la découverte de la magnétorésistance (MR) géante en 1988 par le groupe d'Albert Fert (prix Nobel de physique en 2007), le domaine de l'électronique de spin a connu un essor sans précédent, justifié par toutes les applications qu'elle permet d'envisager en électronique.Depuis une vingtaine d'années, il est question d'utiliser le degré de liberté de spin directement dans les matériaux semi-conducteurs avec le gros avantage par rapport aux métaux de pouvoir manipuler électriquement le spin des porteurs. L'électronique de spin dans les matériaux semi-conducteurs utilise pour coder l'information non seulement la charge des porteurs (électrons et trous), mais aussi leur spin. En associant charge et spin, on ajoute de nouvelles fonctionnalités aux dispositifs de micro-électronique traditionnels.Le premier challenge consiste à contrôler l’injection et la détection d’une population de porteurs polarisés en spin dans les semi-conducteurs traditionnels (Si, Ge).Pour cela, nous avons étudié des dispositifs hybrides de type MIS: Métal ferromagnétique/Isolant/Semi-conducteur qui nous permettent d'injecter et de détecter électriquement un courant de spin. La première partie de cette thèse concerne les dispositifs à 3 terminaux sur différents substrats qui utilisent une unique électrode ferromagnétique pour injecter et détecter par effet Hanle l’accumulation de spin dans les semi-conducteurs. Une amplification des signaux de spin extraits expérimentalement par rapport aux valeurs théoriques du modèle diffusif est à l’origine d’une controverse importante. Nous avons alors démontré que l’origine du signal de MR ou de l’amplification ne peut être expliquée par la présence de défauts dans la barrière tunnel. A l’inverse, nous prouvons la présence d’états d’interface qui peuvent expliquer l’amplification du signal de spin. De plus, la réduction de la densité d’états d’interface par une préparation de surface montre des changements significatifs comme la diminution du signal de spin.La deuxième partie de ces travaux concerne la transition vers les vannes de spin latérales sur semi-conducteurs. Dans ces dispositifs utilisant deux électrodes FM, le découplage entre l’injection et la détection de spin permet de s’affranchir des effets de magnétorésistance parasites car seul un pur courant de spin est détecté dans le semi-conducteur. Par une croissance d’une jonction tunnel ferromagnétique épitaxiée, nous avons démontré l’injection de spin dans des substrats de silicium et germanium sur isolant. En particulier nous observons un fort signal de spin jusqu’à température ambiante dans le germanium.Finalement, les prémices de la manipulation de spin par l’étude du couplage spin-orbite ont été étudiées dans les substrats d’arséniure de gallium et de germanium. En effet, nous avons induit par effet Hall de spin (une conséquence du couplage spin-orbite) une accumulation de spin qui a été sondée en utilisant la spectroscopie de muon. On démontre alors, à basse température, la présence de l’accumulation grâce au couplage entre les spins électroniques accumulés et les noyaux de l’arséniure de gallium.Since the discovery of the giant magnetoresistance in 1988 by the group of Albert Fert (Nobel Prize in 2007), the field of spintronics has been growing very fast due to its potential applications in micro-electronics.For almost 20 years, it has been proposed to introduce the spin degree of freedom directly in the semiconducting materials. Spintronics aims at using not only the charge of carriers (electrons and holes) but also their intrinsic spin degree of freedom. In that case, spins might be manipulated with electric fields. By using both charge and spin, one might add new functionalities to traditional micro-electronic devices.Indeed, the first challenge of semiconductor spintronics is to create and detect a spin polarized carrier population in traditional semiconductors like Si and Ge to further manipulate them.For this purpose, we have used hybrid ferromagnetic metal/insulator/semiconductor devices which allow us to perform electrical spin injection and detection. The first part of this thesis deals with 3 terminal devices grown on different substrates and in which a single ferromagnetic electrode is used to inject and detect spin polarized electrons using the Hanle effect. A spin signal amplification is measured experimentally as compared to the value from the theoretical diffusive model, this raised a controversy concerning 3 terminal measurements. We demonstrate that localized defects in the tunnel barrier cannot be at the origin of the measured MR signal and spin signal amplification. Instead, we show that the presence of interface states is the origin of the spin signal amplification in all the substrates. By using a proper surface preparation and the MBE growth of the magnetic tunnel junctions, we reduce the density of interface states and show a significant modification of the spin signals.In a second part, we present the transition from 3 terminal measurements to lateral spin valves on semiconductors. In the last configuration by using two ferromagnetic electrodes, charge and spin currents are decoupled in order to avoid any spurious magnetoresistance artefacts. Using epitaxially grown magnetic tunnel junctions we can prove the spin injection in silicon and germanium. Especially, we are able to measure non local spin signals in germanium up to room temperature.Finally, we study the spin Hall effect in gallium arsenide and germanium substrates. For this propose we induce spin accumulation using the spin Hall effect (i.e spin-orbit coupling) and probe it using muon spectroscopy. We demonstrate, at low temperature the presence of spin accumulation by the coupling between nuclear spins and the electron spin accumulation
Caractérisations structurale et magnétique d'agrégats de cobalt, de fer et mixtes cobalt-argent noyés en matrice de niobium (étude des propriétés magnétiques d'un agrégat unique par magnétométrie à micro-SQUID)
No full textDans ce travail, une étude complète de la structure et des propriétés magnétiques d'agrégats de cobalt et fer noyés en matrice de niobium est réalisée et comparée aux premiers résultats obtenus sur des agrégats mixtes cobalt-argent. En particulier, les effets de taille comme le superparamagnétisme et l'anisotropie magnétique d'interface sont clairement mis en évidence. La source d'agrégats utilisée permet de les déposer avec une très faible énergie incidente sur le substrat, ils ne subissent donc ni déformation ni fragmentation. En évaporant simultanément une vapeur atomique sous ultra-vide, les agrégats sont enterrés dans une matrice métallique même si les éléments sont miscibles (comme le fer et le cobalt avec le niobium). La microscopie électronique à transmission permet de déterminer la distribution de tailles des agrégats synthétisés (3-4 nm). Leur structure cristallographique est celle du massif. L'interface agrégats/matrice est étudié grâce à l'absorption de rayons X : EXAFS pour la structure cristallographique locale et XPS pour la structure électronique. Une interface diffuse et magnétiquement morte est observée. L'épaisseur de cette interface diffuse dépend de la vitesse d'évaporation de la matrice. Ces résultats, déduits de mesures sur des assemblées d'agrégats, sont confirmés par des mesures in situ SEXAFS et XMCD sur la bicouche Co/Nb réalisée par MBE. Les mesures magnétiques sont ensuite réalisées sur des particules uniques. Des films de niobium contenant une très faible concentration d'agrégats sont gravés par lithographie électronique pour fabriquer des micro-SQUID. En appliquant un champ magnétique dans les trois directions de l'espace, il est possible de détecter le champ magnétique de retournement de l'aimentation d'un agrégat unique. La surface obtenue est une image de l'anisotropie magnétique dans la particule. L'utilisation du modèle de Stoner et Wohlfarth généralisé à 3D permet de calculer les constantes d'anisotropie et d'en discuter l'origine.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF
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