Soutenance de thèse – Hadi Hassan

Le 19 février à 14h (auditorium TRT), Hadi Hassan soutiendra sa thèse intitulée  » Étude expérimentale du pompage de spin et de la conversion spin-en-charge dans des hétérostructures Supraconducteur/Ferromagnétique « , préparée sous la direction de Santiago Carreira, Javier Villegas et Luca Perfetti.

Résumé :
La « spintronique supraconductrice » vise à associer des corrélations supraconductrices sans dissipation au degré de liberté de spin exploité en spintronique. Les bicouches supraconducteur/ferromagnétique (S/F) constituent un dispositif élémentaire de spintronique supraconductrice et sont étudiées depuis de nombreuses années. Jusqu’ici, l’effort s’est principalement concentré sur des supra conducteurs s-wave. À l’inverse, les supraconducteurs d-wave à haut T_c sont plus facilement accessibles grâce à des températures critiques (T_c) dépassant le point d’ébullition de l’azote liquide (77K). Dans cette thèse, nous exploitons deux techniques expérimentales pour étudier plusieurs hétérostructures S/F : le pompage de spin induit par résonance ferromagnétique (FMR) et l’émission térahertz spintronique. La première technique repose sur l’excitation de l’aimantation du ferromagnétique, qui émet un courant de spin diffusant dans les couches adjacentes, dont nous sondons l’effet via des réponses optiques et électriques. La seconde technique s’appuie sur une démagnétisation ultrarapide qui entraîne un courant d’électrons chauds superdiffusifs polarisés en spin ; lorsque ces électrons se propagent dans un matériau à fort angle de Hall de spin, un courant de charge transverse est généré, ce qui émet une impulsion électromagnétique térahertz.

Nous comparons un supraconducteur s-wave (MoSi) et un cuprate d-wave (YBCO), associés soit à un ferrimagnétique isolant (YIG), soit à des ferromagnétiques métalliques (Py, LSMO, CoFeB). Nous avons commencé par comparer des bicouches YIG/MoSi et YBCO/Py : les deux systèmes présentent une diminution de l’amortissement de Gilbert à la transition supraconductrice, en accord avec le scénario conventionnel où l’ouverture du gap supraconducteur supprime le puits de spin quasiparticulaire dans le supraconducteur. YBCO/Py montre néanmoins une remontée de l’amortissement à basse température, comme rapporté par S.J. Carreira et al. (2021), attribuée à l’émergence d’états liés d’Andreev aux interfaces facettées. Lorsque nous sondons la réponse électrique de bicouches YIG/MoSi et YBCO/Py structurées par lithographie, les deux systèmes partagent un comportement qui semble universel : des tensions transverses, impaires à l’inversion du champ magnétique, augmentent fortement à travers la transition supraconductrice, avec une intensité qui varie avec l’épaisseur du supraconducteur et pouvant atteindre jusqu’à deux ordres de grandeur au-dessus des tensions en état normal.

La diminution mise en évidence du pompage de spin à travers la transition supraconductrice exclut une conversion par effet Hall de spin inverse comme mécanisme de l’augmentation simultanée de la tension. Nous proposons une explication théorique du pic de tension anormal fondée sur l’effet diode supraconducteur, en collaboration avec A. Buzdin et al. Nous avons étendu notre étude FMR à des ferromagnétiques demi-métalliques dans des bicouches YBCO/LSMO, qui présentent une remontée de l’amortissement sous T_c plutôt qu’une diminution. Grâce au caractère atomiquement abrupt de l’interface, nous interprétons cette augmentation de l’amortissement comme un accès à des canaux non conventionnels d’absorption de spin dans le supraconducteur, notamment des quasiparticules liées à l’interface et des corrélations triplets. Enfin, nous avons démontré la faisabilité d’hétérostructures d-wave/émetteurs térahertz-spintroniques (YBCO/Pt/CoFeB) au moyen d’une optimisation de structure en couches minces. Des mesures exploratoires d’émission et de transmission térahertz montrent des résultats préliminaires prometteurs de l’influence de l’effet de proximité supraconducteur sur l’émission d’émetteurs térahertz proximisés. Dans l’ensemble, ce manuscrit plaide pour un basculement du choix des matériaux en volume vers l’ingénierie des interfaces comme principal levier dans les dispositifs de spintronique supraconductrice.