Transport de spin dans un fil organométallique modulable – SPINCOMM

La fin des années 80’ a vu l’essor d’une nouvelle technologie exploitant le spin des électrons afin de transmettre l’information au sein d'un circuit électrique. Cette technologie, qu’on nomme spintronique, se traduit par des avantages notables comme par exemple une mémoire RAM non volatile, une rapidité améliorée dans le traitement des données, ou une consommation électrique faible. Un dispositif de type spintronique nécessite de générer une population de spin hors-équilibre et de la détecter. Cependant, la création et la détection se produit dans des régions spatialement différentes du dispositif. Pendant le processus de transfert d'une région à l'autre, la population de spin tend à relaxer vers son état d’équilibre non polarisé, affectant ainsi l’efficacité du dispositif. L'un des domaines de recherche les plus actifs en spintronique vise donc à perfectionner ce processus de transfert. Les efforts actuels portent sur l'amélioration des technologies existantes, mais aussi sur des nouvelles approches innovantes. Le projet SPINCOMM est en ligne avec cette seconde approche et s'inscrit dans le contexte de la spintronique moléculaire.

L’objectif du projet SPINCOMM est de mener la première étude fondamentale du transport de spin à travers un fil organométallique. Une approche de type bottom-up sera mise en œuvre s’articulant sur quatre stratégies innovantes: 1) SIMPLIFICATION: Les fils auront une architecture multi-decker alternant des atomes de transition et des cycles aromatiques de cyclopentadienyl (C5H5). Une polarisation de spin avoisinant 100% a été prédite pour ces fils pour des plages de tension relativement larges. 2) CONTROLE: Les mesures de transport seront effectuées avec un microscope à effet tunnel (STM) fonctionnant en ultravide et à basse température. Les molécules seront sublimées sur une surface bien définie et ensuite contactées par la pointe STM. L’élaboration d’une telle jonction sera facilitée par la géométrie verticale d’adsorption de la molécule. Des informations précises sur le couplage molécule-électrodes seront disponibles. Des mesures XMCD seront réalisées indépendamment pour une caractérisation fine du magnétisme moléculaire. 3) PERSONNALISATION: La composition chimique de la molécule et sa longueur seront modifiées directement dans la jonction afin d’optimiser le transport de spin. En outre, par un choix judicieux des matériaux de la pointe et de la surface il sera possible d’étudier le transport de spin sous différentes facettes. Il s’agira en particulier d’étudier: i) l'effet Kondo (pointe et surface non-magnétiques), ii) l’impact d’électrons polarisés en spin sur l’effet Kondo (pointe ferromagnétique, surface non-magnétique), iii) le transport de spin à travers la molécule dans une configuration « vanne de spin » (pointe et surface ferromagnétiques). 4) SIMULATION: Compte-tenu du contrôle microscopique exercée sur la jonction et de l'architecture moléculaire utilisée, les données expérimentales se prêterons particulièrement bien à des calculs ab initio (fonctionnelle de la densité, transport polarisé en spin, calculs avec corrélations pour l'effet Kondo).

Avec le savoir-faire acquis, il s’agira ensuite d’exploiter une molécule de type mono-decker afin de développer une nouvelle microscopie à sonde locale polarisée en spin. Une pointe fonctionnalisée par une de ces molécules sera utilisée afin d’acquérir des images de "contact" de la surface. Les surfaces présentant des aimantations d’orientation différentes produiront ainsi un contraste dans les images supérieure à celle accessible par SP-STM grâce au filtrage de spin produite par la molécule mono-decker. Avec cette microscopie, il sera possible de cartographier la polarisation de spin de nanostructures avec une résolution spatiale atomique et d'évaluer l'impact de défauts, d’impuretés et d’inhomogénéités sur le transport de spin.