SPIROU — Magnéto-résistance de nano-objets moléculaires

L'objectif de notre projet est d'étudier la polarisation de spin d'agrégats moléculaires pour proposer des nanodispositifs d'électronique de spin fiables basés sur une compréhension fondamentale des propriétés de spin à l'interface ferromagnétique/molécule. Pour comprendre en détail la physique de tels dispositifs, nous allons procéder en deux étapes. D'une part, la réalisation, la caractérisation structurale et magnétique d'échantillons modèles ferromagnétiques/molécules. D'autre part, la mesure de transport polarisé en spin à l'échelle nanométrique par microscopie à effet tunnel polarisée en spin. Ce projet est fondamental avec l'objectif de comprendre le transport de spin à travers des nano-objets moléculaires. La polarisation de spin de couches moléculaires est un sujet émergent en spintronique qui nécessite un effort international pour converger vers une compréhension des phénomènes observés. Deux voies peuvent être explorées, selon la nature des molécules considérées, soit purement organiques, soit organo-métalliques. Dans le premier cas, la polarisation de spin vient principalement d'un couplage différent entre les orbitales moléculaires et les électrons de spin majoritaires et minoritaires du ferromagnétique. L'ingénierie de la polarisation de spin nécessite alors une compréhension profonde du couplage entre une molécule et un continuum d'états électroniques. Dans le deuxième cas, pour lequel une collaboration avec des chimistes est mise en oeuvre, l'idée est d'induire un état de spin dans la molécule via un ion métallique et de réaliser un couplage entre l'électrode magnétique et cet état de spin, incluant la physique de l'effet Kondo pour le transport à faible tension. La molécule modèle aujourd'hui la plus étudiée est l'Alq3. Nous avons donc décidé de commencer nos études pour cette partie sur les molécules Crq3 et Feq3, très similaires à Alq3 avec un état de spin localisé. Nous explorerons également des systèmes moléculaires qui peuvent changer d'état de spin sous l'action d'une excitation externe. Dans les deux cas, il est crucial de comprendre, à partir de l'étude de systèmes modèles, les mécanismes génériques qui permettront d'obtenir les polarisations de spin les plus importantes. Cela sera réalisé par une collaboration étroite entre expérimentateurs et théoriciens. Une partie importante du projet sera dédiée à l'étude théorique des systèmes ferromagnétiques/molécules. Des calculs combinant des techniques liaisons fortes et ab initio seront développés pour mieux comprendre le rôle des différents paramètres sur le transport de spin.