Spintronique avec des matériaux 2D ˸ Manipulation des Interfaces

Le magnétisme a joué un rôle clé dans la récente révolution du stockage des données. La quantité d'information stockée a été multipliée par 10000 au cours des 20 dernières années. Derrière les centres de données massifs et les nouvelles mémoires magnétiques ultrarapides et à faible consommation (MRAMs), on retrouve le même concept physique : la spintronique. En spintronique, l'information n'est plus seulement portée par la charge de l'électron comme dans les technologies basées sur les transistors CMOS, mais aussi par son spin. En parallèle, le domaine des matériaux 2D a explosé, avec des résultats expérimentaux mettant en évidence des propriétés uniques pouvant convenir à des applications. L'introduction de matériaux 2D atomiquement minces dans les dispositifs de spintronique semble être théoriquement très prometteuse mais expérimentalement difficile. En effet, par exemple, on s'attend à ce que le graphène soit un excellent filtre en spin une fois associé à certains ferromagnétiques dans des jonctions tunnel magnétiques. Cependant, les preuves expérimentales de tels phénomènes commencent seulement à être dévoilées. L'intégration difficile du graphène et d'autres matériaux 2D dans des dispositifs spintroniques constitue un défi important pour la préservation et le contrôle des signaux de spin.Dans cette thèse, nous montrons d'abord comment intégrer le graphène et le semi-conducteur 2D WS₂ dans des jonctions tunnel magnétiques fonctionnelles tout en préservant des interfaces de haute qualité. Cela nous permet d'étudier les propriétés de filtrage de spin liées à la structure de bande du graphène et du WS₂, et de discuter de la façon dont ces effets évoluent avec l'empilement des couches pour finalement identifier de nouveaux mécanismes. Les signaux de spin mesurés sont bien supérieurs à l'état de l'art dans les deux cas atteignant un filtrage en spin quasi-parfait pour le graphène multicouche. Nous montrons en outre que les 2D développent également une polarisation en spin qui dépend fortement du couplage et de l'hybridation avec une électrode ferromagnétique métallique. À partir de ce résultat, nous montrons enfin qu'il est même possible de créer une jonction tunnel magnétique basée sur une électrode artificielle de graphène polarisée en spin en induisant une polarisation en spin par des effets de proximité avec un isolant ferromagnétique. Ces différentes études soulignent que le filtrage en spin des structures de bande des matériaux 2D et les effets de pro