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Dans une vanne de spin supraconductrice, les charges relaxent plus rapidement que les spins.


Dans une vanne de spin supraconductrice, les charges relaxent plus rapidement que les spins.

Les lois microscopiques qui régissent le mouvement d’électrons dans un matériau conducteur ou peu conducteur sont à la base de l’électronique. Le transport polarisé en spin (« spintronique ») et le transport quantique (« quantronique ») sont deux voies de recherche très explorées actuellement pour les futures technologies de l’information. Les propriétés quantiques macroscopiques d’un supraconducteur en font un matériau de choix pour la mise en oeuvre de circuits quantiques. Dans un supraconducteur, à la différence de tout autre matériau conducteur, il est possible d’accumuler aussi bien des charges que des spins. Si ces accumulations ne se font pas ensemble alors il devient envisageable de manipuler et d’étudier le transport des charges et des spins indépendamment. Le premier pas dans cette direction a été fait par deux équipes du Laboratoire de Physique des Solides à Orsay qui ont montré que dans un supraconducteur de taille mésoscopique les charges relaxent plus rapidement que les spins injectés.

 

 

Les temps de vie de la charge et du spin ont été obtenus grâce à la mesure de la différence entre le potentiel chimique des excitations du système (des quasiparticules) et celui des électrons condensés dans le supraconducteur. Cette différence est le résultat de l’accumulation des charges et des spins injectés par un courant externe. Si le courant est polarisé en spin, le potentiel chimique des excitations dépend du nombre des charges et des spins injectés. Le dispositif qui a permis de réaliser cette mesure est présenté en Fig.1a. Il s’agit d’une vanne de spin en cobalt, un matériau ferromagnétique, et en aluminium, un matériau supraconducteur. Le potentiel chimique des quasiparticules est déterminé par une mesure nonlocale : la tension Vext en fonction du courant d’injection, Iinj (voir Fig.1a) . La résistance nonlocale montre deux signaux bien séparés (voir Fig.1b) : l’un pair et l’autre impair, dus respectivement à l’accumulation des charges et des spins dans l’électrode supraconductrice. L’amplitude de ces signaux est reliée aux temps respectifs de relaxation de la charge et du spin. Les charges relaxent bien plus vite que les spins.

 

Référence :

 

Spin imbalance and spin-charge separation in a mesoscopic superconductor, C. H. L. Quay, D. Chevallier, C. Bena, M. Aprili - Nature Physics 9, 84–88 (2013) doi:10.1038/nphys2518

 

Contact :

 

Charis QUAY (charis.quay@u-psud.fr)

 

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