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Spintronique moléculaire avec des molécules fonctionnelles

publié le , mis à jour le

Les matériaux organiques (à base d’éléments légers comme le C, N, O ou H) sont de très bons candidats pour la prochaine génération de dispositifs de logique de spin [1] dans laquelle les étapes de stockage et de propagation de l’information de spin sont primordiales. En effet, grâce au faible couplage spin-orbite et aux interactions hyperfines faibles présents dans ces matériaux, de longs temps de vie de spin ont été prédits (jusqu’à la ms contre quelques ns voire ps dans les métaux)[2]. Des matériaux comme le graphène et les nanotubes présentes aussi de fortes mobilités des porteurs pouvant aider à la propagation de l’information sur de longues distances [3]. De plus, il a été montré récemment que les molécules s’hybridaient aux interfaces avec un matériau ferromagnétique [4-5]. Cette hybridation permet une modulation totale des propriétés d’injection de spin.

Jusqu’à présent, les molécules étaient utilisées principalement comme barrière tunnel ou couche de propagation pour le courant polarisé en spin dans des dispositifs à magnétorésistance de type métal ferromagnétique/molécules/métal ferromagnétique [6].
Notre recherche dans le groupe TELEM s’oriente vers l’utilisation de molécules fonctionnelles comme, par exemple, des diodes moléculaires ou des molécules à transitions de spins pour étudier le transport polarisé en spin dans des dispositifs hybrides et chercher de nouvelles fonctionnalités de spintronique. L’intégration de graphène et de nanotubes de carbone est aussi étudiée.

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Figure 1a : Schéma d’une jonction magnétique moléculaire. L’aimantation des couches ferromagnétiques est représentée par la flèche noire. Figure 1b : Effet de magnétorésistance dans une jonction magnétique. Les différentes configurations des aimantations sont aussi représentées. La magnétorésistance de jonction est définie par la différence relative entre la résistance dans l’état antiparallèle et la résistance dans l’état parallèle des aimantations.

[1] B. Behin-Aein et al., Nature Nanotechnology 5 266-270 (2010)

[2] S. Sanvito & A.R. Rocha, Journal of Computational and Theoritical Nanoscience 3 624-642 (2006)

[3] P. Seneor et al., MRS Bulletin 37 1245-1254 (2012)

[4] C. Barraud et al., Nature Physics 6 615-620 (2010)

[5] Une étude du groupe STM du laboratoire MPQ
S.L. Kawahara et al., Nanoletters 12 4558 (2012)

[6] V. Dediu et al., Nature Materials 8 707-716 (2009)

Une revue en français sur l’électronique de spin est disponible ici.
Une autre revue en anglais est disponible ici.
Enfin, une revue sur l’effet tunnel polarisé en spin est donnée ici.