L2C

Physique du spin

Ce thème de recherche s’appuie fortement sur la technique de spectroscopie du bruit de spin (SNS), qui nous permet de sonder le spin d’électrons, des noyaux et des ions magnétiques (Mn2+) ainsi que leurs interactions, dans des semiconducteurs et leurs nanostructures.

Spectroscopie du bruit de Spin :

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.

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.

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. Cette activité bénéficie d’une collaboration de longue date et fructueuse avec l’institut Néel.

Spin nucléaire :

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. 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 (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. 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.

Spin atomique dans les solides :

Il a été démontré notamment avec le manganèse dans le tellurure de cadmium (CdTe:Mn), offrant un système modèle pour explorer la physique du spin à l’échelle atomique.

Références :

Thèses récentes :

Nos projets financés sur ce thème :

  • ANR CONUS
  • Bourse Vernadski (Ambassade de France en Fédération de Russie, 2021-2025, PhD en co-tutelle de Boris Gribakin)