​Une branche de la spintronique s'intéresse aux isolants électriques comme conducteurs de courants de spin. Cette démarche n'est qu'en apparence paradoxale car il est possible d'utiliser les modes d'excitation de l'aimantation (aussi appelés ondes de spin ou magnon) pour transporter l'information de spin d'un atome à l'autre sans déplacement de la charge électrique. Il s'avère d'ailleurs que certains isolants comme les grenats sont de bien meilleurs conducteurs de spin que les métaux. De plus, ces excitations de l'aimantation peuvent être pilotées électriquement par contact avec une électrode métallique ayant un fort « couplage spin-orbite » (c'est le cas du platine). L'électrode agit alors comme un transducteur spin-charge.

Dans des travaux précédents, des chercheurs de l'Irig et leurs partenaires avaient montré que les propriétés de transport de spin dans les matériaux à très faible coefficient d'amortissement des excitations magnétique, tels que le grenat de fer et d'yttrium (YIG, Yttrium Iron Garnet), deviennent très vite non linéaires, ce qui permet d'envisager des applications telles que des diodes.

Une diode de spin au gain plus faible qu'attendu

Dans une nouvelle étude, ils explorent la possibilité d'atteindre un état superfluide où la diode de spin aurait une caractéristique courant-tension pratiquement infinie et fonctionnerait sans dissiper d'énergie. Leur dispositif est constitué d'un film mince de YIG sur lequel sont déposés deux fils adjacents de platine, qui jouent le rôle d'émetteur et collecteur de magnons, par effet Hall de spin direct et inverse, respectivement.

Lorsque la distance entre les fils est supérieure à quelques micromètres, les mesures de transport conduisent à une courbe courant-tension caractéristique d'une diode de spin mais le gain obtenu est inférieur de plusieurs ordres de grandeur à celui attendu.

Selon Olivier Klein, chercheur à l'irig, « cette faiblesse s'explique par une saturation rapide de la population de magnons de basses énergies qui limite l'effet « diode de spin » au point que le YIG ne parvient pas à atteindre un état cohérent. Le matériau se comporte alors comme un liquide de spin classique et non pas comme un condensat quantique de type Bose-Einstein. »

Ces observations sont confortées par un modèle analytique intégrant les effets des magnons de basse énergie et les magnons thermiques. 

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