Spin-to-charge conversion at Sb2Te3/Si(111) interface

This thesis deals with the study of the 2D spin-to-charge conversion taking place at the interface between silicon and a topological insulator (Sb2Te3). Since silicon is the most widely used semiconductor in electronics, it is mandatory to study the integration of novel materials, like topological insulators, to develop new spintronic devices, compatible with common electronic mainstream. Thanks to the topological properties of Sb2Te3, spins - optically generated in bulk silicon - are converted into a charge current by a 2D spin-to-charge conversion mechanism, known as inverse Edelstein effect. The experimental geometry, used in this work, allows probing the overall in-plane spin-texture of the topologically protected surface states. These results pave the way for the implementation of highly efficient spin detection in TI-based architectures compatible with semiconductor based platforms.

Questa tesi tratta lo studio della conversione spin-carica, presente alla interfaccia tra silicio ed un isolante topologico (Sb2Te3). Essendo il silicio il semiconduttore più utilizzato nell’elettronica di consumo, è fondamentale studiare l’integrazione di nuovi materiali, quali gli isolanti topologici, con il fine di sviluppare nuovi dispositivi spintronici, compatibili con l’elettronica in uso. Grazie alle proprietà topologiche di Sb2Te3, lo spin - generato otticamente nel substrato di silicio - è convertito in una corrente di carica tramite un processo di conversione spin-carica, noto come effetto Edelstein inverso. La geometria utilizzata consente di caratterizzare completamente gli stati di superficie spin polarizzati e topologicamente protetti. Questi risultati possono portare all’implementazione di sistemi di misura dello spin altamente efficienti in strutture basate su isolanti topologici, compatibili con piattaforme in semiconduttore attualmente esistenti.