Au fil des années, plusieurs schémas d’injection et de détection de spin ont été réalisés dans Ge, mais la manipulation électrique de l’orientation du spin est toujours une pièce manquante. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux approches afin de manipuler l’interaction spin-orbite dans le germanium. Les deux s’appuient sur l’absence de symétrie d’inversion aux interfaces avec le germanium (111). Dans un premier temps, j’ai étudié les propriétés structurales et électriques de l’hétérostructure Bi2Se3/Ge puis j’ai développé une méthode originale pour sonder la conversion courant de spin-courant de charge à l’interface entre Bi2Se3 et Ge en tirant profit des propriétés optiques du Ge. La seconde approche consiste à exploiter le couplage spin-orbite intrinsèque de Ge (111). J’ai étudié les propriétés électriques d’un film mince de Ge (111) et découvert que le passage du courant dans des états de sous-surface où l’interaction Rashba est forte, induit un effet de magnétorésistance très particulier que nous avons appelé la magnétorésistance Rashba unidirectionnelle. Enfin, j’ai rassemblé tous les éléments développés pendant mon travail de thèse dans un dispositif ultime: un prototype de transistor à spin où des accumulations de spins peuvent être générées électriquement ou optiquement, en utilisant l’orientation optique de spin dans le germanium ou l’injection par des jonctions tunnel magnétiques.

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