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NanoSciences de Paris
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Atelier spintronique

Apport des matériaux organiques pour l’électronique de spin

C. Barraud, P. Seneor, R. Mattana, K. Bouzehouane, S. Fusil, C. Deranlot, F. Petroff, A. Fert

L’utilisation de matériaux organiques pour l’électronique a donné naissance à de prometteuses applications à l’échelle industrielle (composants tout organiques et flexibles) et ouvert de nouvelles perspectives pour la physique fondamentale (ingénierie à l’échelle moléculaire) . Sous forme de molécule unique, de monocouches auto-assemblées, ou de films minces cristallins ou amorphes, ces matériaux peuvent combiner des propriétés optiques (absorption, émission), électroniques (isolants, semiconducteurs, métalliques, voire supraconducteurs) et mécaniques très intéressantes.

Du point de vue de l’électronique de spin, ces matériaux possèdent un avantage majeur : les éléments légers (C, O, N, H…) qui composent les molécules présentent un couplage spin-orbite très faible. Le temps de vie du spin dans un matériau organique a été prédit être plus grand de plusieurs ordres de grandeur comparé aux métaux. Ceci en fait des candidats très sérieux pour la propagation de spin dans des systèmes type vannes de spin (métal ferromagnétique/ métal non magnétique ou semiconducteur/ métal ferromagnétique). La spintronique organique a débuté en 2002 avec la réalisation de jonctions1 (La,Sr)MnO3 /sexithiophène (T6)/ (La,Sr)MnO3. Mais c’est en 2004 avec l’observation de magnétoresistance significative2 dans des structures à base d’Alq3 qu’elle a réellement pris son essort. Si la propagation d’un courant polarisé en spin dans des films minces de ces molécules a été validée, la variété d’effets observés2-4 montre qu’il reste cependant à comprendre les mécanismes d’injection depuis un métal ferromagnétique vers un milieu organique pour en dévoiler tout le potentiel.

Dans cette présentation, j’aborderai deux aspect de la spintronique organique. Tout d’abord je donnerai un exemple de dispositif de spintronique flexible avec la réalisation de jonctions tunnel magnétiques sur un substrat organique. Ensuite, dans une deuxième partie plus conséquente, je m’intéresserai à la problématique de l’injection de spin dans un matériau organique. Je présenterai la fabrication et la caractérisation de jonctions tunnels magnétiques organiques de taille nanométrique5. A partir des résultats expérimentaux de magnétotransport, je montrerai comment la sonde locale que forme une jonction nanométrique peut nous permettre d’investiguer la polarisation en spin6 des interfaces métal/organique et de remonter aux mécanismes fondamentaux d’injection de spin. Enfin je montrerai comment l’ingénierie à l’échelle moléculaire à l’interface entre l’électrode ferromagnétique et les molécules pourrait permettre de contrôler à souhait la polarisation en spin de cette interface.

[1] V. Dediu et al., Solid State Communication, 122, 181 (2002)

[2] Z.H. Xiong et al., Nature, 427, 821 (2004)

[3] S. Pramanik et al., Phys. Rev. B, 74, 235329 (2006)

[4] T. S. Santos, Phys. Rev. Lett ., 98, 016601 (2007)

[5] K. Bouzehouane et al. Nanolett., 3 1599 (2003)

[6] J. M. De Teresa et al., Science, 286, 507 (1999)