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Spin-Charge Conversion Phenomena in Germanium
Indexado
WoS WOS:000391858100002
Scopus SCOPUS_ID:85007481164
DOI 10.7566/JPSJ.86.011002
Año 2017
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The spin-orbit coupling relating the electron spin and momentum allows for spin generation, detection and manipulation. It thus fulfils the three basic functions of the spin field-effect-transistor made of semiconductors. In this paper, we review our recent results on spin-charge conversion in bulk germanium and at the Ge(111) surface. We used the spin pumping technique to generate pure spin currents to be injected into bulk germanium and at the Fe/Ge(111) interface. The mechanism for spin-charge conversion in bulk germanium is the spin Hall effect and we could experimentally determine the spin Hall angle theta(SHE), i.e., the spin-charge conversion efficiency, in heavily doped n-type and p-type germanium. We found very small values at room temperature: theta(SHE) approximate to (1-2) x 10(-3) in n-Ge and theta(SHE) approximate to (6-7) x 10(-4) in p-Ge. Moreover, we pointed out the essential role of spin dependent scattering on ionized impurities in the spin Hall effect mechanism. We concluded that the spin Hall effect in bulk germanium is too weak to produce large spin currents, whereas a large Rashba effect (> 100 meV) at Ge(111) surfaces covered with heavy metals could generate spin polarized currents. We could indeed demonstrate a giant spin-to-charge conversion in metallic states at the Fe/Ge(111) interface due to the Rashba coupling. We generated very large charge currents by direct spin pumping into the interface states from 20K to room temperature. By this, we raise a new paradigm: the possibility to use the spin-orbit coupling for the development of the spin-field-effect-transistor.

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Disciplinas de Investigación



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Physics, Multidisciplinary
Scopus
Physics And Astronomy (All)
SciELO
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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Oyarzun, S. Hombre Universidad de Santiago de Chile - Chile
Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnologia - Chile
2 Rortais, F. Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
3 Rojas-Sanchez, Juan-Carlos Hombre Univ Paris Saclay - Francia
Universite Paris-Saclay - Francia
4 Bottegoni, Federico Hombre Politecn Milan - Italia
Politecnico di Milano - Italia
5 Laczkowski, Piotr Hombre Univ Paris Saclay - Francia
Universite Paris-Saclay - Francia
6 Vergnaud, Celine - Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
7 Pouget, Stephanie Mujer Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
8 Okuno, H. Mujer Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
9 Vila, Laurent Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
10 Attane, Jean-Philippe Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
11 Beigne, C. Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
12 Marty, Alain Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
13 Gambarelli, S. Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia
14 Ducruet, Clarisse Mujer CROCUS Technol - Francia
CROCUS-Technology - Francia
15 Widiez, Julie Mujer CEA Grenoble - Francia
16 George, Jean-Marie Hombre Univ Paris Saclay - Francia
Universite Paris-Saclay - Francia
17 Jaffres, Henri Hombre Univ Paris Saclay - Francia
Universite Paris-Saclay - Francia
18 Jamet, M. Hombre Univ Grenoble Alpes - Francia
CEA Grenoble - Francia
CNRS - Francia
Universite Grenoble Alpes - Francia
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique - Francia

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Financiamiento



Fuente
French National Research Agency through the ANR project SiGeSPIN
French National Research Agency through the ANR project SOspin

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Agradecimientos



Agradecimiento
The authors acknowledge the financial support from the French National Research Agency through the ANR projects SiGeSPIN #ANR-13-BS10-0002 and SOspin#ANR-13-BS10-0005. They also acknowledge Nicolas Mollard for the preparation of electron microscopy specimens and Lucien Notin for his technical support.

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