Literatura científica selecionada sobre o tema "Polarisation du spin"

Dans le cadre de cette thèse, nous présentons l’optimisation du transfert du spin électronique à la polarisation d’un laser à semi-conducteur (SC) à émission par la surface en cavité externe (VECSEL). Un spin-laser pourrait constituer une rupture technologique dans le domaine des communications en répondant à l’augmentation du débit de données tout en apportant des fonctionnalités supplémentaires (cryptage de l’information…). Afin de développer un tel composant, deux approches complémentaires ont été explorées. La première a pour objectif d’appréhender les effets d’injection de spin dans un VECSEL, ainsi que comprendre les paramètres du laser, tels que la biréfringence de phase et le dichroïsme de gain linéaires, qui figent la polarisation à un état linéaire. En réduisant le dichroïsme d’un facteur 50 et en compensant la biréfringence résiduelle de la cavité jusqu’à 0,1 mrad (soit une diminution d’un facteur 40), une augmentation de l’ellipticité de 1° à 35° a été rendue possible. L’injection de porteurs polarisés en spin par pompage optique dans le milieu actif du laser compensé a permis d’obtenir un basculement de l’état de polarisation entre deux états elliptiques ( 35 ↔ +35°). La seconde approche concerne l’étude de l’injection de spin par pompage électrique, point clé du développement d’un dispositif compact. Pour cela, un injecteur ferromagnétique répondant aux contraintes du transport du spin électronique de l’électron vers le SC est inséré dans la cavité optique. Malgré l’utilisation d’une structure anti-résonante, qui permet de limiter l’absorption de l’injecteur intra-cavité, nous démontrons des effets d’électroluminescence dont le profil spatial est compatible avec une émission laser. Enfin, nous apportons les éléments permettant d’améliorer le procédé de fabrication du spin-laser dans l’optique d’obtenir un effet laser<br>Optimisation of the spin transport to the polarization of a vertical cavity semiconductor laser

J’ai étudié dans la première partie de ma thèse le mouvement du spin des électrons réfléchis dans un puits quantique formé par le système Au/Co(001). La présence d’une interface magnétique et l’existence des interférences quantiques entrainent un comportement oscillatoire des angles du mouvement de spin. J’ai aussi montré que ces oscillations peuvent bien être décrites par le modèle d’interféromètre de Fabry-Pérot, et que la simulation des données expérimentales permet l’étude des propriétés de réflexion de l’interface qui ne sont pas accessibles expérimentalement de façon directe. Dans la seconde partie j’ai réalisé une étude similaire sur le système Fe/Ag(001). Deux périodes d’oscillations ont été identifiées : une longue période qui est liées aux effets des interférences quantiques des électrons dans la couche de Fe et une courte période d’une monocouche indépendante de l’énergie des électrons incidents, que avons attribuée à la variation périodique de la morphologie du film de Fe qui alterne entre une couche d’atomes complète et incomplète<br>In the first part of my PhD I studied the spin-motion of spin-polarized electrons in the quantum well system Au/Co(001). The existence of a ferromagnetic interface and of quantum interferences leads to an oscillatory behaviour of the spin-motion angles. I also showed that these oscillations are well described by a Fabry-Perot interferometer model, and that the simulation of the experimental data allows the study of the spin-dependent reflection properties of the buried interface which are not directly accessible. In the second part, I performed a similar study of the system Fe/Ag(001). Two periods of oscillations were identified in this case: a long one due to quantum interference of electrons in the Fe films, and a short one with the period of one monolayer, which are attribute to the periodic variation of the morphology of the Fe film, alterning between filled and incompletely filled atomic layers

Dans ce manuscrit de thèse, nous revisitons d'abord la physique des états de Yu-Shiba-Rusinov, en nous concentrant sur leur polarisation en spin. Nous commençons par montrer théoriquement que nous pouvons extraire beaucoup d'informations sur le supraconducteur hôte, en analysant la densité locale d'états électroniques liée à la présence d'impuretés magnétiques. Tout d'abord, nous démontrons que le couplage spin-orbite peut être lu directement et sans ambiguïté par la spectroscopie par effet tunnel résolu en spin dans les systèmes bidimensionnels et unidimensionnels, qu’ils soient supraconducteurs ou métalliques. Nous analysons les oscillations induites par les impuretés dans la densité d'états électroniques. En particulier, nous nous concentrons sur la transformation de Fourier (TF) des oscillations de Friedel et nous notons que les caractéristiques à haute intensité apparaissent pour un vecteur d'onde donné par deux fois la longueur inverse du spin-orbite. Ensuite, nous montrons qu'il est possible de déterminer le mécanisme d’appariement dominant, qu’il soit en ondes s ou en ondes p, dans les supraconducteurs non conventionnels en analysant la structure spectrale résolue en spin des états liés de Yu-Shiba-Rusinov. De manière frappante, nous démontrons qu'une analyse minutieuse de la densité d'états électroniques polarisée en spin ne permet pas seulement de caractériser sans équivoque le degré d’appariement de type triplet, mais également son orientation, a.k.a. le vecteur d. Enfin, nous proposons et discutons deux approches différentes d'ingénierie et de contrôle des phases topologiques à l’aide d’impuretés scalaires et magnétiques. Nous commençons par fournir une théorie microscopique des réseaux d'impuretés scalaires sur les supraconducteurs chiraux. Nous montrons que pour un supraconducteur topologique de type chiral, les impuretés scalaires donnent lieu à une hiérarchie complexe de phases non triviales distinctes avec des nombres de Chern élevés. Deuxièmement, nous proposons et étudions théoriquement une nouvelle plate-forme prometteuse que nous appelons «la chaîne dynamique de Shiba», c'est-à-dire une chaîne d'impuretés magnétiques classiques dans un supraconducteur en ondes s avec des spins qui précessent. Nous montrons que cette approche peut être utilisée non seulement pour créer une phase supraconductrice topologique, mais surtout pour contrôler les transitions de phase topologiques au moyen de la dynamique de la texture de la magnétisation. Ce manuscrit est organisé comme suit. Dans la première partie, les informations d'introduction essentielles sur la supraconductivité, les oscillations de Friedel et les états de Yu-Shiba-Rusinov sont fournies. La deuxième partie est consacrée à la polarisation en spin des états Yu-Shiba-Rusinov et aux propriétés qui pourraient être extraites au moyen de la microscopie par effet tunnel résolu en spin. Dans la dernière partie, deux configurations proposées pour l'ingénierie de phases topologiques, basées sur les états induits par les impuretés, sont présentées, suivies de conclusions, d’un bref résumé des réalisations de cette thèse et enfin d’une discussion de possibles directions futures<br>In this manuscript we first revisit the physics of Yu-Shiba-Rusinov subgap states, focusing on their spin polarisation. We start by showing theoretically that we can extract a considerable amount of information about the host superconductor, by analysing spin-polarised local density of states related to the presence of magnetic impurities. First, we demonstrate that the spin-orbit coupling in two-dimensional and one-dimensional systems, both superconducting and metallic, can be read-off directly and unambiguously via spin-resolved STM. We analyse the impurity-induced oscillations in the local density of states. In particular, we focus on the Fourier transform (FT) of the Friedel oscillations and we note that high-intensity FT features appear at a wave vector given by twice the inverse spin-orbit length. Second, in unconventional superconductors with both s-wave and p-wave pairing, by analysing the spin-resolved spectral structure of the Yu-Shiba-Rusinov states it is possible to determine the dominating pairing mechanism. Most strikingly, we demonstrate that a careful analysis of spin-polarised density of states allows not only to unambiguously characterise the degree of triplet pairing, but also to define the orientation of the triplet pairing vector, also known as the d-vector.Finally, we discuss two different ways of engineering and controlling topological phases with both scalar and magnetic impurities. We start with providing a microscopic theory of scalar impurity structures on chiral superconductors. We show that given a non-trivial chiral superconductor, the scalar impurities give rise to a complex hierarchy of distinct non-trivial phases with high Chern numbers. Second, we propose and study theoretically a new promising platform that we call 'dynamical Shiba chain', i.e. a chain of classical magnetic impurities in an s-wave superconductor with precessing spins. We have shown that it can be employed not only for engineering a topological superconducting phase, but most remarkably for controlling topological phase transitions by means of magnetisation texture dynamics.This manuscript is organised as follows. In the first part, the essential introductory information on superconductivity, Friedel oscillations and Yu-Shiba-Rusinov states is provided. The second part is dedicated to spin polarisation of Yu-Shiba-Rusinov states and the properties that could be extracted by means of spin-resolved STM measurements. In the last part, two setups proposed for topological phase engineering based on impurity-induced states are presented, followed by conclusions with a brief summary of the thesis achievements and further directions to pursue

L'injection et la détection efficace d'un courant polarisé en spin injecté dans les semi-conducteurs est actuellement l'un des grands défis de la spintronique. Une façon de découpler le problème et de remplacer la détection électrique du courant polarisé en spin par une détection optique comme par exemple les dispositifs Spin-LED. Selon les règles de sélection optique, l'injection de spin doit se faire à partir d'une e��lectrode avec l'aimantation perpendiculaure au plan des couches pour connecter le polarisation de la lumière circulaire avec le courant polarisé en spin. Dans ce travail, nous décrivons le développement d'un ensemble de systèmes multicouches (Co/Ni, Co/Pt, CoFeB/Pt) à aimantation perpendiculaire fabriqués par pulvérisation cathodique. L'optimisation et l'études des propriétés magnétiques de ces matériaux nous a finalement permis d'intégrer une structure de type Co/Pt sur un dispositif optique de type LED à base du semiconducteurs AlGaAs / GaAs (proche infrarouge). Un rapport de la polarisation de la lumière de 3,5% a été obtenu à la rémanence, ce qui démontre la faisabilité de fabriquer des dispositifs Spin-LED sans appliquer un champ magnétique externe. Les résultats de ce travail a encouragé le developement d'autres dispositifs intéressants tels que les VCSEL qui ont une plus large gamme d'applications technologiques

La méthode quanto-chimique linear combination of atomic orbitals (L. C. A. O. ) mise en oeuvre dans le programme Crystal nous a permis de déterminer les fonctions d'onde ou orbitales cristallines de systèmes a polarisation de spins (MnS et MnS 2). Les calculs de type unrestrictes hartree-fock (U. H. F. ) ont été conduits soit dans le cadre de l'approximation hartree-fock (H. F. ) soit dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (D. F. T. ). Dans cette dernière approche, les modèles de correction locaux (local density approximation : L. D. A. ) et non locaux (generalized gradient approximation : G. G. A. ) de la densité électronique ont été utilisés afin de décrire le potentiel d'échange-corrélation. Des propriétés structurales, électroniques et magnétiques du sulfure et du disulfure de manganèse, pris sous différentes formes allotropiques et selon différents arrangements magnétiques ont été déduites du calcul des orbitales cristallines. En particulier, l'échelle de stabilité expérimentale des polymorphes de MnS a pu être retrouvée et pour les plus importants d'entre eux (B 1 et B 3), les arrangements antiferromagnétiques AF II et AF III se sont avérés être les plus stables en accord avec l'expérience. Dans le cadre du modèle de Heisenberg, les constantes de couplage de superéchange entre spins ont été évaluées. Pour les arrangements de spins les plus stables AF II (B 1) et AF III (B 3), les densités atomiques de spin ont été déterminées. Elles confirment le caractère ionique important des composés et ont servi de base à la simulation des spectres de diffraction neutronique. Ces spectres ont été calculés à la fois dans le modèle classique à atomes indépendants (I. A. M. ) et dans les modèles quantiques ab-initio H. F. Ou semi-empirique D. F. T. L'effet de champ cristallin a été déduit et, de la comparaison très satisfaisante avec les données expérimentales, il est ressorti clairement l'importance de calculer exactement le potentiel d'échange électronique.

Since its discovery in the 1950's, DNP has been a topic of significant interest in magnetic resonance. DNP is the transfer of polarization between single electrons and nuclei, driven by micro-wave irradiation. Since its renaissance at high field in the 90's, due to the introduction of gyrotrons as high-power, high-frequency microwave sources most application of this technique have been samples of biological interest in frozen solution. The long standing interest of our group in the characterization of surface species such as supported catalysts on silica lead us to apply this technique to the study of surfaces. The goal of this thesis is the development of this method, dubbed DNP Surface Enhanced NMR Spectroscopy. To that end, we first introduce new polarizing agents, soluble in organic solvents. The influence of the electron relaxation times on the DNP enhancements is demonstrated and efficient tailored polarizing agents are introduced. The optimization of the sample preparation to obtain optimal sensitivity is also discussed, as well as the interaction between the radical and the surface. These developments made it possible to apply the technique to many functionalized materials, with some examples developed in this manuscript. Finally, the issue of DNP on polarization conductors is discussed, and we show how microcrystals can be efficiently polarized using DNP.

Cette thèse présente une étude des propriétés électroniques polarisés en spin d'une molécule individuélle de cobalt-phthalocyanine (CoPc), qui sont potentiellement intéressantes pour le domaine émergeant de l'électronique de spin. Les résultats expérimentaux sont analysés par des calculs de type DFT en collaborartion avec J. Kortus (Université Technique de Freiberg, Allemagne). Les molécules de CoPc ont été déposés sur des surfaces non-magnétiques et magnétiques, pour ensuite être individuellement étudiés à basse température par un microscope à effet tunnel. Deux aspects fondamentaux sont abordés: l'injection d'électrons polarisés en spin dans une molécule individuelle et le couplage magnétique de cette molécule avec une surface magnétique. En utilisant une pointe de Co polarisée en spin et un nanoîlot des Co comme électrodes magnétiques et la molécule de CoPc comme élément actif, une résonance polarisée en spin est identiée sur le centre de la molécule. Cette résonance, ayant pour origine les orbitals moléculaire d du cobalt, reète l'existence d'états stationnaires des spin. Ces états prouvent notamment que le moment magnetique de CoPc est figé dans une direction " up " ou " down " après adsorption sur la surface de cobalt magnétique. Les calculs DFT montrent que la molécule de CoPc est ferromagnétiquement couplée avec les nanoîlots via deux mécanismes d'échange (direct et superéchange) et illustrent le rôle important joué par les ligands organiques dans le magnétisme mais aussi dans le transport de spin. Des études expérimentales comparatives ont été effectué sur des surfaces non-magnétiques [Au(111) et Cu(111)] où la molécule de CoPc devient non-magnétique après adsorption comme les calculs DFT le prédisent<br>The thesis presents an experimental study of both the electronic and the spin-polarized properties of single cobalt-phthalocyanine (CoPc) molecules, which are potentially interesting for the emerging eld of molecular spintronics. The CoPc molecules were deposited on a nonmagnetic and a magnetic surface and individually studied at low temperature using a scanning tunneling microscope. Two fundamental aspects of molecular spintronics are addressed, namely the injection of electron spins into a single molecule and the magnetic coupling of the molecule with the underlying magnetic surface. To do so, spin-polarized scanning tunneling spectroscopy is employed to locally inject spin-polarized electron across the vacuum barrier into a single CoPc molecule. Using the spin-polarized Co terminated tip and Co nanoislands of opposite magnetization as magnetic electrodes, and the CoPc molecule as an active element, spin-polarized electronic features are identied over the center of the molecule. The Co nanoislands were grown on Cu(111) and thoroughly calibrated to eliminate electronic artifacts. The stationary spin states of CoPc arise from the d-orbitals of the cobalt ion and reect two molecular spin orientations. DFT calculations establish that CoPc couples ferromagnetically with the Co nanoislands through two exchange mechanisms (direct and superexchange), illustrating the important role played by the organic ligands in the spin-dependent transport properties. Comparative experimental studies are done on non-magnetic surfaces [Au(111) and Cu(111)], where the paramagnetic CoPc becomes non-magnetic upon adsorption, as DFT calculations predict