Electric field modulation of spin transport in silicon

This thesis is focused on the spin transport properties of electrically drifted spin-polarized electrons in silicon. Bulk Si is the most widely used semiconductor in electronics; therefore, characterize spin phenomena in this material is of great interest for the development of a new generation of spintronic devices compatible with the common electronic platform. In the framework of this thesis, spin-polarized electrons are optically injected into the Si conduction band exploiting circularly polarized light. Then, they are accelerated by an electric field toward a Pt bar, used as spin detector and grown on top of the silicon substrate. The spin transport is investigated by a spin drift-diffusion model that allows evaluating the spin transport length as a function of the applied electric field.

Questa tesi è incentrata sul transporto di elettroni spin-polarizzati e accelerati tramite un campo elettrico esterno nel silicio. Il silicio è il semiconduttore più diffuso in elettronica; quindi, caratterizzare i fenomeni di spin in questo materiale è di grande interesse per lo sviluppo di nuovi dispositivi nel campo della spintronica compatibili con le tecnologie esistenti. In questo lavoro, gli elettroni spin-polarizzati sono generati otticamente nella banda di conduzione del silicio illuminando con luce polarizzata circolarmente. Successivamente, gli elettroni vengono accelerati da un campo elettrico esterno verso una barra in platino, cresciuta sopra il substrato in silicio e che funziona da rivelatore di spin. Il trasporto di spin è studiato tramite un modello di diffusione e deriva dello spin per stimare la lunghezza di trasporto dello spin in funzione del campo elettrico applicato.