Physique du spin

Ces activités sont financées par :

• Bourse Vernadski (Ambassade de France en Fédération de Russie, 2021-2025, PhD en co-tutelle de Boris Gribakin)
• CONUS (ANR-Russian Science Fundation project, 2022-2025) : COrrelated NUclear Spin states in n-GaAs and nanostructures

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Dynamique de Spin :

Concernant la dynamique de spin, les résultats les plus remarquables ont été obtenus sur la dynamique des excitations collectives dans les puits quantiques de CdMnTe de type n, dans lesquels nous avons observé, dans le domaine temporel, la signature de modes de précession mixtes électron-Mn. Il s’agit d’un exemple de couplage fort entre les spins des électrons de la bande de conduction et les spins du manganèse, qui se manifeste par l’apparition de battements de spin. Cette observation offre un nouveau moyen indépendant de déterminer la polarisation de spin du gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG) et d’examiner son augmentation due aux interactions de Coulomb. De plus, des excitations de spin de Mn non couplées au 2DEG ont été découvertes.

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[Légende: Time-resolved Kerr rotation (black curve) and fit with 3 damped cosines (red curve) (left a). FFT of the Kerr rotation exhibiting the existence of three modes, two broadened mixed modes and one narrow uncoupled mode (left b)). Precession frequencies and relaxation times of the three modes as a function of magnetic field (right a and b).]

Spectroscopie du bruit de spin et spin nucléaire :

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La spectroscopie du bruit de spin (SNS) est une méthode novatrice permettant d’étudier la résonance magnétique et la dynamique de spin. Elle repose sur la mesure du bruit de magnétisation en utilisant la technique de rotation de Faraday. Nous avons contribué au développement de cette technique en augmentant à la fois sa sensibilité et sa gamme de fréquences accessibles grâce à un schéma de détection hétérodyne [Cronenberger2016]. La SNS mise en œuvre au L2C a permis, en particulier, de détecter les fluctuations de spin de type atomique des ions Mn dilués dans le CdTe, alors que précédemment, la SNS était limitée aux porteurs dans les hétérostructures semi-conductrices [Cronenberger2015]. Plus récemment, nous avons mis en place la spectroscopie du bruit de spin spatio-temporelle et l’avons appliquée au n-CdTe, atteignant des résolutions spatiales de l’ordre de ∼λ/10 [Cronenberger2019, Cronenberger2021]. Cette activité bénéficie d’une collaboration de longue date et fructueuse avec l’institut Néel.

Dans une série de travaux théoriques et expérimentaux, nous avons démontré le potentiel de la SNS pour sonder le polaron de spin nucléaire, un état collectif de spin électron-noyau spécifique aux semi-conducteurs [Vladimirova2021]. Pour ce faire, nous avons abordé expérimentalement et théoriquement la relaxation du spin nucléaire dans le GaAs de type n et p, en fonction de la concentration en impuretés et du champ magnétique (en collaboration avec le C2N et le SpinOptics Lab à Saint-Pétersbourg). La démagnétisation adiabatique des noyaux à champ magnétique nul, détectée par SNS, nous a fourni une première confirmation directe de l’hypothèse de la température de spin nucléaire, ainsi qu’une mesure directe de la capacité thermique nucléaire [Vladimirova2018]. Par la suite, nous avons proposé et mis en œuvre des expériences de résonance magnétique nucléaire détectées par le bruit de spin des électrons. Ces expériences nous ont permis d’établir un lien entre la contrainte résiduelle dans le GaAs de type n, donnant lieu à des fractionnements quadrupolaires, l’augmentation de la capacité thermique et les taux de relaxation du spin nucléaire à faible champ et champ nul [Vladimirova2021].

Ce sujet a été initialement développé dans le cadre de l’ANR SNS et du PRC Russie SpinCool. Il est désormais soutenu par l’ANR-RNF CONUS : états de spin nucléaire corrélés dans le n-GaAs et les nanostructures.

Bruit de spin atomique dans les solides démontré avec le manganèse dans le tellurure de cadmium :

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