Spin-charge interconversion nanodevices based on telluride materials for low power computing

Nanodispositifs basés sur l'interconversion spin-charge dans des tellurures pour une électronique à faible consommation d'énergie Avec les récentes propositions de dispositifs de couplage magnéto-électrique spin-orbite (MESO) par Intel ou de couplage ferro-électrique spin-orbite (FESO) par notre groupe, la logique de spin prend un rôle primordial en spintronique en vue de suppléer la technologie CMOS. L'étude des phénomènes d'interconversion spin-charge faisant recours au couplage spin orbite est un sujet important et il est crucial de trouver des matériaux présentant la meilleur efficacité. Les métaux lourds présentent des efficacités limitées et de nouveaux matériaux possédant une forte interconversion sont nécessaires pour répondre aux exigences des nouveaux circuits logiques de spin. Dans ce contexte, l'étude des propriétés d'interconversion dans les isolants topologiques et les matériaux alternatifs est nécessaire. La résistivité élevée typique des semi-conducteurs et des isolants combinées à de grandes efficacités d'interconversion pourrait aider à combler le fossé entre la recherche et les exigences technologiques. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous présentons la découverte de l'interconversion spin-charge et la physique nécessaire à la compréhension de ces phénomènes. Le deuxième chapitre se concentre sur la mesure de l'interconversion spin-charge dans le tellurure d'antimoine (Sb2Te3), un isolant topologique, déposé par pulvérisation cathodique,. Les résultats obtenus dans des nanodispositifs montrent une interconversion importante à basse température et le rôle de la nanofabrication dans l'altération de la structure cristalline. Le troisième chapitre présente l'interconversion spin-charge dans une autre classe pertinente de matériaux pour la spintronique : les semi-conducteurs ferroélectriques de Rashba (FERSC). Le tellurure de germanium (GeTe) fait partie de cette classe de matériaux, qui sont capables de contrôler le signe et l'amplitude de l'interconversion spin-charge par l'état ferroélectrique du matériau. La ferroélectricité ajoute un nouveau degré de liberté pour l'interconversion spin-charge ; ce chapitre souligne également le rôle de la couche interfaciale et des conditions de dépôt pour l'optimisation du signal généré. Une partie est consacrée à la proposition d'une nouvelle conception de nanodispositifs pour une meilleure détection du signal. Le dernier chapitre est consacré à l'état de l'art des mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM), une technologie proposée dans les années 90 exploitant les propriétés de non-volatilité des matériaux ferromagnétiques, qui a évolué et a pu être commercialisée en tant que mémoires en seulement 20 ans. Nous proposons une analyse plus approfondie par du champ dans le plan dans les jonctions tunnel magnétiques à aimantation perpendiculaire (p-MTJ), solutions la plus récente pour les MRAM, afin de commuter de manière déterministe leur état en utilisant les couples générés par une couche de couplage spin-orbite (pSOT-MRAM). Cette partie consiste en la proposition d'une nouvelle technique de mesure pour l'estimation du champ dans le plan et de nouveaux modèles analytiques prédisant la densité de courant critique et la durée d'impulsion nécessaires pour commuter la pSOT-MRAM.