CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Conversion spin-charge dans les états d’interface Rashba dans LaAlO3/SrTiO3
 
Vendredi 03/12/2021, 09:30-12:30

Lieu de la soutenance: salle Galilée, bâtiment 709, IRFU

Résumé :

Un domaine émergent de la spintronique, appelé spin-orbitronique, permet l'interconversion entre les courants de charge et de spin via le couplage spin-orbite (SOC) dans les matériaux non magnétiques, reliant le degré de liberté de spin au degré de liberté orbital ce qui résulte en une diffusion des électrons de spins différents dans des directions préférentielles. Récemment, un nouveau type de SOC a été découvert en s'appuyant sur l'interaction de Rashba, qui découle d'une action conjointe du SOC et d'un potentiel électrique qui apparait dans les systèmes d'électrons bidimensionnels (2 DES) existant aux interfaces de deux matériaux différents. Un système prometteur pour étudier la conversion de spin-charge est l'interface entre deux isolants comme l'interface entre LaAlO3 /SrTiO3 (LAO/STO), où un 2 DES est créé en raison d'une discontinuité polaire à l'interface. Ce 2 DES à l'interface LAO/STO montre une très forte interaction Rashba dû à la brisure de la symétrie d'inversion.

Il semble, qu'en raison de la constante diélectrique élevée de STO à des températures inférieures à 30 K, nous sommes en mesure d’ajuster l’interaction Rashba à l'aide d'un champ électrique. Dans ce travail j'ai mesuré une forte efficacité de conversion spin-charge dans LAO/STO, qui peut s’expliquer par la nature orbitalaire de la conversion spin-charge dans le 2 DES, que j'ai pu régler grâce à un dopage électrostatique. Dans une deuxième partie, j'ai montré que l'efficacité de conversion en LAO/STO peut être anisotrope du fait des effets multibandes qui apparaîssent notamment dans les oxydes de métaux de transition. Enfin, j'ai étudié la dynamique de la conversion spin-charge en LAO/STO, grâce à la désaimantation ultrarapide d'une couche ferromagnétique, en utilisant différentes méthodes optiques pour caractériser les courants de spin et de charge.

 


Summary :

 

An emerging field of spintronics, called spin-orbitronics, enables the inter-conversion between charge and spin currents through the spin-orbit coupling (SOC) in non-magnetic materials, which links the spin degree of freedom to the orbital degree of freedom resulting in a preferential directional scattering for electrons of different spins. Recently, a new type of SOC have been discovered relying on the Rashba interaction,which stems for a joint action of the SOC and an electrical built-in potential in two-dimensional electrons systems (2 DES) existing at interfaces of two different materials. A promising system to study the spin to charge conversion is the interface between two band gap insulators like the interface between LaAlO3 /SrTiO3 (LAO/STO) , where a 2 DES is created due a polar discontinuity at the interface. This 2 DES at the interface of LAO/STO shows a very strong Rashba spin-orbit interaction raising from the breaking of the inversion symmetry.

It appears that, due to the high dielectric constant in STO below 30K, we are able to tune our Rashba splitting using an electric field. In this work I measured a strong spin-to-charge conversion efficiency in LAO/STO thanks to the orbital nature of the spin-to-charge conversion in the 2 DES, which I was able to tune thanks to an electrostatic doping. In a second part, I showed that the conversion efficiency in LAO/STO can be anisotropic due to the interplay of a complex multiband effect that appears in particular in transition metal-oxides. Finally, I studied the dynamics of the spin-to-charge conversion in LAO/STO, thanks to the ultrafast demagnetization of a ferromagnetic layer, using various optical method to characterize the spin and charge currents.

Contact : Michel VIRET

 

Retour en haut