Vers une électronique de spin cohérente de phase à base de nanotubes de carbone - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Towards a phase coherent spintronics based on carbon nanotubes

Vers une électronique de spin cohérente de phase à base de nanotubes de carbone

Chéryl Feuillet-Palma
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 881002

Résumé

The scattering imbalance between up and down spins at the interface between a non- magnetic metal and a ferromagnetic metal is at the heart of the principle of the magnetic tunnel junctions or multilayers celebrated in the ¯eld of spintronics. Although these devices use the quantum mechanical spin degree of freedom and electron tunneling, they do not ex- ploit a crucial degree of freedom involved in quantum mechanics : the phase of the electronic wave function. In most of the devices studied so far, this aspect has not been developed owing to the classical-like motion of charge carriers in the conductors used. In this work, we report on spin dependent transport measurements in carbon nanotubes based multi-terminal circuits. We observe a gate-controlled spin signal in non-local voltages and an anomalous conductance spin signal, which reveal that both the orbital phase and the spin can be conserved along carbon nanotubes with multiple ferromagnetic contacts. We also report on an intriguing phe- nomenon which has no classical analog and is a consequence of orbital coherence : a spin valve behavior between two normal contacts with proximal ferromagnetic contacts outside the clas- sical electron path. This realizes a "theorist blob experiment" for spintronics. These ¯ndings pave the way for spintronics devices exploiting both these quantum mechanical degrees of freedom on the same footing.
Cette thèse se place dans le cadre de la physique mésoscopique et a pour objet l'étude du transport électronique polarisé en spin dans les nanotubes de carbone mono-parois. L'existence d'un déséquilibre entre les populations d'électrons de spin up et ceux de spin down lors de leur diffusion à l'interface entre un métal ferromagnétique et un métal non- magnétique est au coeur du principe de fonctionnement des jonctions tunnel magnétiques et des multi-couches bien connues dans le domaine de l'électronique de spin. Bien que le degré de liberté de spin et l'effet tunnel des électrons soient utilisés dans ces dispositifs, aucun d'entre eux ne tient compte du degré de liberté de phase orbitale de la fonction d'onde électronique. Dans la plupart des dispositifs étudiés jusqu'à présent, cet aspect n'a pas été développé en raison du régime de transport semi-classique des porteurs de charge dans les conducteurs considérés. Dans ce travail, nous étudions des mesures de transport dépendantes du spin dans des circuits à plusieurs réservoirs à base de nanotubes de carbone. Nous observons la présence d'un signal de spin dans la tension non-locale et d'un signal de spin anormale dans la conductance. Ces signaux de spin sont contrôlables par le tension de grille appliquée et ils révèlent qu'à la fois le degré de liberté de phase orbitale et le degré de spin sont conservés dans un nanotube de carbone connecté à plusieurs réservoirs ferromagnétiques. Nous montrons également l'existence d'un phénomène étonnant qui n'a aucun analogue classique et qui est la conséquence de la cohérence de phase orbitale : la présence d'un comportement de type transistor de spin à effet de champ entre les deux contacts normaux avec à proximité deux contacts férromagnétiques en dehors du chemin classique des électrons. Ceci est la réalisation de l'expérience de tête de théoricien pour l'électronique de spin. Nos observations ouvrent la voix pour des dispositifs de l'électronique de spin exploitant ces deux degré de liberté quantique sur le même plan.
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Dates et versions

tel-00528939 , version 1 (22-10-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00528939 , version 1

Citer

Chéryl Feuillet-Palma. Vers une électronique de spin cohérente de phase à base de nanotubes de carbone. Matière Condensée [cond-mat]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00528939⟩
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