(Ga,Mn)As, un semi-conducteur ferromagnétique dilué modèle : vers des composants anisotropes pour l’électronique de spin

R. GIRAUD; M. GRANADA; E. BRIONES; A. LEMAÎTRE; G. FAINI

Mahdia

Conferencia; MATERIAUX 2010; 2010

Certains semi-conducteurs ferromagnétiques dilués possèdent des propriétés de magnétotransport uniques, par rapport aux métaux ferromagnétiques, issues du mariage réussi entre magnétisme et semi-conducteur. Ainsi, dans l´alliage ternaire GaMnAs, les trous délocalisés dans le semi-conducteur GaAs induisent un fort couplage d´échange entre impuretés magnétiques Mn diluées. La phase ferromagnétique qui en résulte est tout à fait singulière. En particulier, ces matériaux ouvrent des perspectives pour les composants anisotropes en électronique de spin, malgré une limitation due à leurs faibles températures de Curie. Dans cet exposé, après une introduction générale sur les matériaux semi-conducteurs ferromagnétiques dilués, leur structure de bandes et la nature des interactions d´échange seront précisés. Le ferromagnétisme apparaît dans certains cas, comme dans l’alliage modèle GaMnAs. Cet aimant monocristallin permet de réaliser des composants très performants en électronique de spin, basés soit sur le transport polarisé en spin, soit sur le transport tunnel fortement anisotrope (TAMR) [1-3]. La TAMR est une propriété spécifique liée à la très forte anisotropie de la structure de bandes de valence de GaMnAs (fort couplage spin-orbite). Nous avons réalisé la spectroscopie en énergie des anisotropies des états de Bloch dans GaMnAs, en utilisant le transport tunnel inter-bandes de diodes Zener-Esaki (cf. Fig.1a) [4]. La résistance d´interface dépend directement de l´anisotropie de la structure de bandes de GaMnAs, qui est révélée en modifiant l´orientation du vecteur aimantation dans le plan de la jonction tunnel (effet dit de TAMR). Les Fig.1b,c) montrent que les anisotropies portées par les états de Bloch dépendent de leur énergie, en accord avec des calculs issus d´un modèle k.p modifié par une interaction d’échange. Ces résultats confirment l´intérêt de ces matériaux pour contrôler l´anisotropie de composants, par exemple par une tension de grille.