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11 results on '"Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS)"'

1. Recombination time mismatch and spin dependent photocurrent at a ferromagnetic-metal/semiconductor tunnel junction

Author

Viatcheslav I. Safarov, Igor V. Rozhansky, Ziqi Zhou, Bo Xu, Zhongming Wei, Zhan-Guo Wang, Yuan Lu, Henri Jaffrès, Henri-Jean Drouhin, Laboratoire des Solides Irradiés (LSI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), LSI - Physique et Chimie des nano-objets (PCN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), A.F. Ioffe Physical-Technical Institute, Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS), Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Chinese Academy of Sciences [Beijing] (UCAS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Russian Science Foundation project no. 17-12-01182 (spin relaxation model), National Key R&D Program of China (2018YFB2200104)., ANR-10-LABX-0035,Nano-Saclay,Paris-Saclay multidisciplinary Nano-Lab(2010), ANR-19-CE24-0005,SIZMO2D,Injection/detection de spin à champ magnétique nul dans des dispositifs SpinOptroniques à base de Semiconducteurs 2D(2019), ANR-18-CE24-0017,FEOrgSpin,Contrôle ferroélectrique de la spinterface organique/ferromagnétique(2018), and ANR-11-IS10-0001,SISTER,Contrôle electrique de l'injection de spin dans les spin-LEDs par effet de spin-transfert sans champ magnétique(2011)

Subjects
[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], General Physics and Astronomy
Abstract

International audience; We report on carrier dynamics in a spin photodiode based on a ferromagnetic-metal–GaAs tunnel junction. We show that the helicity-dependent current is determined not only by the electron spin polarization and spin asymmetry of the tunneling but in great part by a dynamical factor resulting from the competition between tunneling and recombination in the semiconductor, as well as by a specific quantity: the charge polarization of the photocurrent. The two latter factors can be efficiently controlled through an electrical bias. Under longitudinal magnetic field, we observe a strong increase of the signal arising from inverted Hanle effect, which is a fingerprint of its spin origin. Our approach represents a radical shift in the physical description of this family of emerging spin devices.

Published
2022
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2. Spin Injection and Relaxation in p -Doped ( In , Ga ) As / Ga As Quantum-Dot Spin Light-Emitting Diodes at Zero Magnetic Field

Author

Giba, Alaa, Gao, Xue, Stoffel, Mathieu, Devaux, Xavier, Xu, Bo, Marie, Xavier, Renucci, Pierre, Jaffrès, Henri, George, Jean-Marie, Cong, Guangwei, Wang, Zhanguo, Rinnert, Hervé, Lu, Yuan, Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-18-CE24-0017,FEOrgSpin,Contrôle ferroélectrique de la spinterface organique/ferromagnétique(2018), ANR-19-CE24-0005,SIZMO2D,Injection/detection de spin à champ magnétique nul dans des dispositifs SpinOptroniques à base de Semiconducteurs 2D(2019), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS]Physics [physics], Condensed Matter::Materials Science, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience; We report on efficient spin injection in p-doped (In, Ga)As/GaAs quantum-dot (QD) spin light-emitting diodes (spin LEDs) under zero applied magnetic field. A high degree of electroluminescence circular polarization (P c) ∼19% is measured in remanence up to 100 K. This result is obtained thanks to the combination of a perpendicularly magnetized Co-Fe-B/MgO spin injector allowing efficient spin injection and an appropriate p-doped (In, Ga)As/GaAs QD layer in the active region. By analyzing the bias and temperature dependence of the electroluminescence circular polarization, we evidence a two-step spin-relaxation process. The first step occurs when electrons tunnel through the MgO barrier and travel across the GaAs depletion layer. The spin relaxation is dominated by the Dyakonov-Perel mechanism related to the kinetic energy of electrons, which is characterized by a bias-dependent P c. The second step occurs when electrons are captured into QDs prior to their radiative recombination with holes. The temperature dependence of P c reflects the temperature-induced modification of the QD doping, together with the variation of the ratio between the charge-carrier lifetime and the spin-relaxation time inside the QDs. The understanding of these spin-relaxation mechanisms is essential to improve the performance of spin LEDs for future spin optoelectronic applications at room temperature under zero applied magnetic field.

Published
2020
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3. Electrical Initialization of Electron and Nuclear Spins in a Single Quantum Dot at Zero Magnetic Field

Author

Xavier Marie, Mathieu Stoffel, Bernhard Urbaszek, Zhanguo Wang, Xiufeng Han, Xavier Devaux, Andrea Balocchi, Hélène Carrère, Pierre Renucci, Jean-Marie George, Yuan Lu, Delphine Lagarde, Stéphane Mangin, Abdelhak Djeffal, Shiheng Liang, Bo Xu, Bingshan Tao, Thierry Amand, Fabian Cadiz, Henri Jaffrès, Michel Hehn, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Compiler Optimization and Run-time Systems (CORSE), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'Informatique de Grenoble (LIG), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Unité mixte de physique CNRS/Thalès (UMP CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Bejing national laboratory of condensed matter Physics, Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (IOS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics (IoP/CAS), Chinese Academy of Sciences [Changchun Branch] (CAS), IMPACT N4S, ANR-15-IDEX-0004,LUE,Isite LUE(2015), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), and THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
FOS: Physical sciences, Bioengineering, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Spinled, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, electrical spin injection, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Spin (physics), Hyperfine structure, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Circular polarization, spintronics, Physics, Condensed Matter - Materials Science, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Condensed matter physics, Spin polarization, Spintronics, Mechanical Engineering, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), General Chemistry, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Magnetic field, Quantum dot, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Trion, 0210 nano-technology
Abstract

The emission of circularly polarized light from a single quantum dot relies on the injection of carriers with well-defined spin polarization. Here we demonstrate single dot electroluminescence (EL) with a circular polarization degree up to 35% at zero applied magnetic field. The injection of spin polarized electrons is achieved by combining ultrathin CoFeB electrodes on top of a spin-LED device with p-type InGaAs quantum dots in the active region. We measure an Overhauser shift of several $\mu$eV at zero magnetic field for the positively charged exciton (trion X$^+$) EL emission, which changes sign as we reverse the injected electron spin orientation. This is a signature of dynamic polarization of the nuclear spins in the quantum dot induced by the hyperfine interaction with the electrically injected electron spin. This study paves the way for electrical control of nuclear spin polarization in a single quantum dot without any external magnetic field., Comment: initial version, final version to appear in ACS Nano Letters

Published
2018
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4. Electrical Detection of Light Helicity using a Quantum Dots based Hybrid Device at Zero Magnetic Field

Author

Bingshan Tao, Thierry Amand, Yuan Lu, Bernhard Urbaszek, X. F. Han, Z.G. Wang, Sylvie Migot, Xavier Marie, Pierre Renucci, Hélène Carrère, J.-M. George, Fabian Cadiz, Andrea Balocchi, Henri Jaffrès, Bao Xu, D. Lagarde, Xavier Devaux, J. Frougier, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Beijing National Laboratory of Condensed Matter Physics, Institute of Physics, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China, Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), and Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS)

Subjects
Photocurrent, Materials science, Photon, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Field (physics), Photodetector, Physics::Optics, FOS: Physical sciences, Physics - Applied Physics, 02 engineering and technology, Electron, Applied Physics (physics.app-ph), 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 01 natural sciences, Magnetic field, Hysteresis, Condensed Matter::Materials Science, Quantum dot, 0103 physical sciences, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; Photon helicity-dependent photocurrent is measured at zero magnefic field thanks to a device based on an ensemble of (In,Ga)As/GaAs quantum dots that are embedded into a GaAs-based p-in diode. Our main goal is to take advantage of the long electron spin-relaxation time expected in these nano-objects. In these experiments, no external magnetic field is required thanks to the use of an ultrathin magnetic CoFeB/MgO electrode, presenting perpendicular magnetic anisotropy. We observe a clear asymmetry of the photocurrent measured under respective right and left polarized light that follows the hysteresis of the magnetic layer. The amplitude of this asymmetry at zero magnetic field decreases with increasing temperatures and can be controlled with the bias. Polarization-resolved photoluminescence is detected in parallel while the device is operated as a photodetector. This demonstrates the multifunctional capabilities of the device and gives valuable insights into the spin relaxation of the electrons in the quantum dots.

Published
2020
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5. Interfacial influence on electrical injection and transport characterization of CoFeB|MgO|GaAs-InGaAs quantum wells hetero-structure

Author

Xavier Devaux, L. Xu, Y. Tian, Bao Xu, Pierre Renucci, Yuan Lu, Changping Yang, Can Xiao, Shiheng Liang, Chang’an Zhang, Ruilong Wang, Nanjing University of Science and Technology (NJUST), Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Lamour (IJL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hubei University of Economics, Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), and Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)

Subjects
Materials science, Annealing (metallurgy), Structural and electrical properties, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Sputtering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electronic band structure, Quantum well, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, MIS structure, business.industry, Surfaces and Interfaces, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Threshold voltage, Amorphous solid, Spin light emitting diode, Transmission electron microscopy, Interfacial states, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Molecular beam epitaxy
Abstract

International audience; The quality of interfaces is a key factor for efficient electrical spin injection into quantum well light emitting diodes. Here, we investigate the interfacial influence on the electrical transport properties in CoFeB|MgO|GaAs-InGaAs quantum wells hetero-structure, by considering textured MgO tunnel barrier fabricated by two different techniques: sputtering and molecular beam epitaxy (MBE). From forward and reverse current-voltage characteristics , it is found that the threshold voltage decreases as the annealing temperature changes from room temperature to 300°C for sputtered samples, however there is not much difference in threshold voltage with the annealing temperature for MBE-grown samples. In combination with transmission electron microscope (TEM) studies, it is found the MgO|GaAs interface by MBE is sharp for both grown and annealed states. However, there is a thin (∼0.4 nm) amorphous MgO layer at the MgO|GaAs interface for sputtered samples with grown state, and the amorphous MgO can be improved and crystallized after annealing. The MgO|GaAs interface plays a role in modulating the band structure and has an influence on electrical injection. Our work demonstrated that CoFeB|MgO|GaAs interfaces are important and can be engineered thanks to the use of two types of growth for the textured MgO tunnel barriers, which ensures efficient electrical injection.

Published
2019
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6. Comparison of spin photocurrent in devices based on in-plane or out-of-plane magnetized CoFeB spin detectors

Author

Wei Huang, Yonghai Chen, Yang Zhang, Xiaolin Zeng, Weifeng Zhang, Xiaodi Xue, Bo Xu, Laipan Zhu, Yu Liu, Yuan Lu, Jing Wu, Xavier Marie, Pierre Renucci, Zhanguo Wang, Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), Henan Key Laboratory of Photovoltaic Materials, Laboratory of Low-Dimensional Materials Science,School of Physics & Electronics, Henan University, Kaifeng 475004, China, Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Science and Technology on Monolithic Integrated Circuits and Modules Laboratory, Nanjing Electronic Devices Institute, Nanjing 210016, China, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China, Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Henan University, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017)

Subjects
Photocurrent, Materials science, Condensed matter physics, Condensed Matter::Other, 02 engineering and technology, Electron, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 01 natural sciences, Magnetic field, Magnetization, Condensed Matter::Materials Science, Remanence, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 010306 general physics, 0210 nano-technology, Quantum well, Circular polarization, Spin-½
Abstract

International audience; We have measured a helicity-dependent photocurrent at zero external magnetic field in a device based on a semiconductor quantum well embedded in a p-in junction. The device is excited under vertical incidence with circularly polarized light. The spin filtering effect is evidenced in the temperature range 77-300 K owing to a CoFeB/MgO spin filter with out-of-plane magnetization in remanence. The helicity-dependent photocurrent is explored as a function of the temperature and bias. These characteristics are compared with those of a spin photocurrent device with in-plane magnetized CoFeB/MgO spin filter, excited under oblique incidence with circularly polarized light. In contrast to the in-plane spin filter device, the circularly polarized light asymmetry of the photocurrent in the out-of-plane device depends weakly on the external bias. The two devices are sensitive to the spin filtering of either the in-plane (S x) or out-of-plane (S z) photogenerated electron spin in the semiconductor quantum well. The helicity-dependent photocurrent results can be explained by the Dyakonov-Perel electron spin-relaxation mechanism. Our study reveals the giant spin relaxation anisotropy in III-V zinc-blende quantum wells in the presence of a vertical electric field.

Published
2019
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7. Angular Dependence of the Spin Photocurrent in a Co − Fe − B / MgO / n − i − p GaAs Quantum-Well Structure

Author

Zhu, Laipan, Huang, Wei, Renucci, Pierre, Marie, Xavier, Liu, Yu, Li, Yu, Wu, Qing, Zhang, Yang, Xu, Bo, Lu, Yu, Chen, Yonghai, Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), College of Materials Science and Optoelectronic Technology, University of Chinese Academy Sciences, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IMPACT N4S, ANR-15-IDEX-0004,LUE,Isite LUE(2015), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Spin polarization, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], III-V semiconductors, Quantum wells, Photoconductivity, Spin current, [CHIM]Chemical Sciences, Spintronics, Optoelectronics, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, Diodes
Abstract

International audience; We evidence at room temperature the detection of photogenerated spin currents by using a magnetic electrode without the need of an external magnetic field. The device is based on a semiconductor (Al,Ga)As/GaAs quantum well embedded in a p−i−n junction. The spin filtering is performed owing to a Co−Fe−B/MgO electrode with in-plane magnetization. We observe a helicity-dependent photocurrent when the device is excited under oblique incidence with circularly polarized light. The helicity-dependent photocurrent is explored as a function of the incident and azimuth angles of the incoming light wave vector with respect to the magnetization direction of the magnetic electrode. The results are interpreted as a consequence of the photogenerated average electron spin under oblique incidence in a quantum well governed by optical selection rules involving electron-heavy-hole and electron-light-hole transitions. A systematic study of the helicity asymmetry as a function of the photon energy and applied bias is performed. It demonstrates that this asymmetry is at its maximum close to the GaAs quantum well and (Al,Ga)As bulk optical transitions. The asymmetry can be controlled by an external bias on the structure. Finally, we show that this asymmetry decreases when the temperature increases.

Published
2017
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8. Bias Dependence of the Electrical Spin Injection into GaAs from Co-Fe-B/MgO Injectors with Different MgO Growth Processes

Author

Barate, Philippe, Liang, S. H., Zhang, Tiantian, Frougier, J., Xu, B., Schieffer, Philippe, Vidal, M., Jaffres, H., Lépine, B., Tricot, Sylvain, Cadiz, Fabian, Garandel, Thomas, George, J., Amand, Thierry, Devaux, X., Hehn, M., Mangin, S., Tao, B., Han, X, Wang, Z. G., Marie, Xavier, Lu, Y., Renucci, Pierre, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Lamour (IJL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL), Unité mixte de physique CNRS/Thalès (UMP CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Institut de Physique de Rennes (IPR), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), THALES, Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (IOS), French National Research Agency (ANR)-National Natural Science Foundation of China (NSFC) SISTER project [ANR-11-IS10-0001, NNSFC 61161130527], ENSEMBLE [ANR-14-0028-01, NNSFC 61411136001], French ANR research project INSPIRE [ANR-10-BLAN-1014], NEXT [ANR-10-LABX-0037], FEDER (EU), ANR, Region Lorraine, Grand Nancy, IMPACT N4S, ANR-15-IDEX-04-LUE,LUE,Lorraine Université d'Excellence(2016), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Science, Chinese Academy of Sciences [Changchun Branch] (CAS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-15-IDEX-0004,LUE,Isite LUE(2015), ANR-10-BLAN-1014,INSPIRE,Injection de Spin pour l'émission de lumière polarisée(2010), ANR-11-LABX-0037,CALSIMLAB,LABEX pour la modélisation et la simulation scientifiques en recherche(2011), Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bejing national laboratory of condensed matter Physics, Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES, Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Junctions, [PHYS]Physics [physics], VCSELs, Spin filtering, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], III-V semiconductors, LEDs, Electrical spin injection Electroluminescence, Applications of soft matter, Spintronics, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Magnetic tunnel junctions, Condensed Matter::Materials Science, Tunnel junctions, [CHIM]Chemical Sciences, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience; We investigate the influence of the MgO growth process on the bias dependence of the electrical spin injection from a Co−Fe−B/MgO spin injector into a GaAs-based light-emitting diode (spin LED). With this aim, textured MgO tunnel barriers are fabricated either by sputtering or molecular-beam-epitaxy (MBE) methods. For the given growth parameters used for the two techniques, we observe that the circular polarization of the electroluminescence emitted by spin LEDs is rather stable as a function of the injected current or applied bias for the samples with sputtered tunnel barriers, whereas the corresponding circular polarization decreases abruptly for tunnel barriers grown by MBE. We attribute these different behaviors to the different kinetic energies of the injected carriers linked to differing amplitudes of the parasitic hole current flowing from GaAs to Co-Fe-B in both cases.

Published
2017
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9. Electrical spin injection into GaAs based light emitting diodes using perpendicular magnetic tunnel junction-type spin injector

Author

Philippe Barate, Yuan Lu, X. F. Han, Xavier Marie, Pierre Renucci, Stéphane Mangin, Z.G. Wang, Sébastien Petit-Watelot, Bingshan Tao, Frougier Julien, Abdelhak Djeffal, J.-M. George, Henri Jaffrès, Bao Xu, Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bejing national laboratory of condensed matter Physics, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), IMPACT N4S, ANR-15-IDEX-0004,LUE,Isite LUE(2015), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), and Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS)

Subjects
Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), 02 engineering and technology, Electroluminescence, 01 natural sciences, Magnetization, Condensed Matter::Materials Science, Materials heat treatment, Magnetic tunnel junctions, Condensed Matter::Superconductivity, 0103 physical sciences, Spin (physics), Magnetic anisotropy, 010302 applied physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed matter physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Magnetic hysteresis, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, Light emitting diodes, Magnetic field, Exchange coupling, Tunnel magnetoresistance, Quantum wells, Ferromagnetism, Semiconductors, Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons, Metal oxides, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; Remanent electrical spin injection into an InGaAs/GaAs based quantum well light emitting diode is realized by using a perpendicularly magnetized MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO spin injector. We demonstrate that the Ta interlayer plays an important role to establish the perpendicular magnetic anisotropy and the thickness of Ta interlayer determines the type of exchange coupling between the two adjacent CoFeB layers. They are ferromagnetically or antiferromagnetically coupled for a Ta thickness of 0.5 nm or 0.75 nm, respectively. A circular polarized electroluminescence (Pc) of about 10% is obtained at low temperature and at zero magnetic field. The direction of the electrically injected spins is determined only by the orientation of the magnetization of the bottom CoFeB layer which is adjacent to the MgO/GaAs interface. This work proves the critical role of the bottom CoFeB/MgO interface on the spin-injection and paves the way for the electrical control of spin injection via magnetic tunnel junction-type spin injector.

Published
2016
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10. Large and robust electrical spin injection into GaAs at zero magnetic field using an ultrathin CoFeB/MgO injector

Author

Xavier Devaux, H.F Liu, H. Jaffrès, J.-M. George, Hongxin Yang, Xavier Marie, Dongping Liu, P. Barate, Michel Hehn, Mairbek Chshiev, Ali Hallal, T. T. Zhang, Pierre Renucci, Thierry Amand, Stéphane Mangin, Frougier Julien, Bao Xu, Shiheng Liang, Yuan Lu, M. Vidal, Xiufeng Han, Zujian Wang, Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics (IoP/CAS), Chinese Academy of Sciences [Changchun Branch] (CAS), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS), SPINtronique et TEchnologie des Composants (SPINTEC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), and Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)

Subjects
Condensed Matter - Materials Science, Photon, Materials science, Spin polarization, Condensed matter physics, Condensed Matter::Other, 7860Fi, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, Physics::Optics, number(s): 7225Dc, Condensed Matter Physics, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 7. Clean energy, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Magnetic field, Magnetization, Condensed Matter::Materials Science, Ferromagnetism, Remanence, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 7570Ak, Circular polarization, Spin-½
Abstract

We demonstrate a large electrical spin injection into GaAs at zero magnetic field thanks to an ultrathin perpendicularly magnetized CoFeB contact of a few atomic planes (1.2 nm). The spin-polarization of electrons injected into GaAs was examined by the circular polarization of electroluminescence from a Spin Light Emitting Diode with embedded InGaAs/GaAs quantum wells. The electroluminescence polarization as a function of the magnetic field closely traces the out-of-plane magnetization of the CoFeB/MgO injector. A circular polarization degree of the emitted light as large as 20% at 25 K is achieved at zero magnetic field. Moreover the electroluminescence circular polarization is still about 8% at room temperature., *Corresponding author: yuan.lu@univ-lorraine.fr

Published
2014
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11. Electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells: A comparison between MgO tunnel barriers grown by sputtering and molecular beam epitaxy methods

Author

Marta L. Vidal, Tiantian Zhang, Xiufeng Han, Pierre Renucci, Henri Jaffrès, Zhanguo Wang, Shiheng Liang, Bo Xu, Bingshan Tao, Thierry Amand, Stéphane Mangin, Frougier Julien, Michel Hehn, Xavier Marie, Yuan Lu, P. Barate, Y. Zheng, J.-M. George, Xavier Devaux, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Semiconductor Materials Science (LSMS), Institute of semiconductors [Chinese Academy of Sciences - Beijing] (IOS), Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS)-Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Institut des Nanosciences de Paris (INSP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), ANR-10-BLAN-1014,INSPIRE,Injection de Spin pour l'émission de lumière polarisée(2010), ANR-11-IS10-0001,SISTER,Contrôle electrique de l'injection de spin dans les spin-LEDs par effet de spin-transfert sans champ magnétique(2011), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL), Unité mixte de physique CNRS/Thalès (UMP CNRS/THALES), THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chinese Academy of Sciences [Changchun Branch] (CAS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences (KLSMS), and Chinese Academy of Science (CAS)-Chinese Academy of Science (CAS)

Subjects
Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Annealing (metallurgy), Electrical properties and parameters, FOS: Physical sciences, Electroluminescence, law.invention, Materials heat treatment, Sputtering, law, Saturation (magnetic), Quantum well, Condensed Matter - Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), Leptons, Light emitting diodes, Semiconductor, Quantum wells, Semiconductors, Chemical compounds and components, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, Metal oxides, business, Molecular beam epitaxy, Light-emitting diode, Epitaxy
Abstract

Équipe 101 : Nanomagnétisme et électronique de spin; International audience; An efficient electrical spin injection into an InGaAs/GaAs quantum well light emitting diode is demonstrated thanks to a CoFeB/MgO spin injector. The textured MgO tunnel barrier is fabricated by two different techniques: sputtering and molecular beam epitaxy. The maximal spin injection efficiency is comparable for both methods. Additionally, the effect of annealing is also investigated for the two types of samples. Both samples show the same trend: an increase of the electroluminescence circular polarization (P-c) with the increase of annealing temperature, followed by a saturation of P-c beyond 350 degrees C annealing. Since the increase of P-c starts well below the crystallization temperature of the full CoFeB bulk layer, this trend could be mainly due to an improvement of chemical structure at the top CoFeB/MgO interface. This study reveals that the control of CoFeB/MgO interface is essential for an optimal spin injection into semiconductor.

Published
2014
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