THESE - Élaboration et caractérisation de phases topologiques de l’alliage Bi1−x Sbx pour la conversion spin charge

Laëtitia BARINGTHON

(Ligne CASSIOPEE, Synchrotron SOLEIL, Gif sur Yvette, UMPhy CNRS-Thalès et C2N, Palaiseau)

L’utilisation du spin des électrons en plus de leur charge permet le développement de nouveaux dispositifs électroniques. Connu sous le nom générique de « spintronique », ce domaine nécessite de manipuler et détecter des courants de spin en vue de leur intégration dans des dispositifs. Nous nous sommes intéressés à un nouveau type de matériau, les isolants topologiques, susceptibles de présenter de fortes efficacités d’inter-conversion de courants de spin en courants de charge.

Nous avons développé la croissance de couches minces de l’isolant topologique Bi_1−xSb_x (BiSb) par épitaxie par jet moléculaire sur différents substrats. La qualité cristalline de ces couches a permis de sonder leur structure de bandes électronique par photoémission résolue en angle et en spin (S-ARPES), démontrant la présence d’états de surface texturés en spin. Nous avons étudié l’influence de la concentration en Sb et de l’épaisseur des films sur la topologie de ces états de surface.  Un modèle de liaison forte permet de rendre compte des résultats. Enfin, la conversion spin-charge a été étudiée dans des hétéro-structures Co/BiSb. La caractérisation par spectroscopie térahertz (THz) témoigne d’une forte efficacité de conversion avec des amplitudes de signaux mesurés comparables, voire supérieurs, aux matériaux de référence.