Studio di correnti di spin generate otticamente in giunzioni Pt/Ge mediante effetto spin-Hall inverso

We can define a spin current as a spin-polarized electrons moving into a material. Through the so called inverse spin-Hall effect (ISHE) it is possible to convert a spin current into a charge current. This phenomenon is caused by the scattering asymmetry of spin-polarized electrons given by spin-orbit interaction with the medium’s atoms. Spin transport in a series of Pt/Ge samples will be analysed in this work through inverse spin-Hall effect measurements. It is possible to optically generate the population of spin-polarized electrons necessary for ISHE to take place with the so called optical orientation. This technique lets us create in the conductive band of germanium an electrons population with a majority feature in spin. We can show that the so generated electrons diffuse inside the metal film where inverse spin-Hall effect takes place. By the analysis of a samples set with different Pt thickness (between 1 and 20 nm) it is shown how spin-to-charge conversion parameter is enhanced in low thickness films. The results can be interpreted in a diffusion model with the hypothesis of dividing the samples into two regions (corresponding to low and high film thickness) with different spin diffusion length and spin-Hall angles.

Una corrente di spin è definita come un trasferimento di elettroni spin-polarizzati all’interno di un materiale. Mediante il cosiddetto effetto spin-Hall inverso (ISHE) è possibile convertire la corrente di spin in una di carica. Tale fenomeno è causato dall’asimmetria di diffusione degli elettroni spin-polarizzati data dall’interazione dell’elettrone con l’hamiltoniano di spin-orbita degli atomi del mezzo. All’interno di questo lavoro sarà analizzato il trasporto dello spin in una serie di giunzioni Pt/Ge sfruttando appunto l’effetto spin-Hall inverso. Per la generazione della popolazione di elettroni spin-polarizzati, essenziale per dar vita all’ISHE, si utilizzerà il fenomeno di orientamento ottico che consente di ottenere in banda di conduzione del germanio una popolazione di elettroni con un carattere maggioritario in spin. É possibile mostrare che gli elettroni così generati diffondono all’interno del metallo dove avviene l’effetto spin-Hall inverso. Attraverso l’analisi di un set di campioni a differenti spessori di Pt (tra 1 e 20 nm) si è osservato che il parametro di conversione spin-carica sia notevolmente maggiore a bassi spessori di Pt. Si mostrerà come i risultati possano essere interpretati all’interno di un modello diffusivo nell’ipotesi di suddividere l’intero set in due regioni (corrispondenti ad alti e bassi spessori di Pt) con differenti angoli di spin-Hall e lunghezze di diffusione dello spin.