Spin-charge interconversion in Ge-based structures

In this work we investigate the generation, transport and detection of spin-polarized electrons in Ge-based structures. The theoretical concepts about the optical spin injection in semiconductors, spin transport and spin-charge interconversion are reviewed, as well as the state-of-the-art techniques for the optical investigation of the spin-related properties of solids. We demonstrate that optical investigation is a convenient tool to gain insight into the physical mechanisms governing the spin transport. The employed geometries allow probing the spin-related phenomena taking place in Ge or in Ge-based structures. We experimentally show that Ge is a suitable hosting material for spintronics since it allows for both an efficient generation of spin-polarized carriers and spin transport over long distances. Our results pave the way to the realization of ferromagnet-free spintronic devices.

Nel presente lavoro vengono studiate la generazione, il trasporto e la detezione di elettroni spin-polarizzati in strutture basate su germanio. Nel testo si trovano sia una descrizione dei concetti teorici riguardanti l'iniezione ottica di spin nei semiconduttori, il trasporto di spin ed i fenomeni di interconversione spin-carica, sia un'analisi delle moderne tecniche ottiche per lo studio di proprietà di spin nei solidi. Si dimostrerà che l'impiego di tecniche ottiche è vantaggioso al fine di comprendere i meccanismi fisici che governano il trasporto di spin. Le geometrie investigate consentono di esaminare i fenomeni di trasporto di spin sia all'interno del Ge stesso sia in strutture basate su Ge. Avvalendoci dei risultati ottenuti, dimostreremo che il Ge è una piattaforma adatta per l'evoluzione della spintronica in quanto consente sia di generare in modo efficiente portatori spin polarizzati sia di trasportarli per grandi distanze. I risultati presentati puntano verso lo sviluppo di un dispositivo spintronico privo di materiali ferromagnetici.