The dependence of the spin accumulation voltage on the electric bias current for a nondegenerate Si-based spin valve was quantitatively investigated using both experiments and calculations. We ...attempted to clarify the reason for the disagreement between the experimentally measured values and those calculated using the spin drift-diffusion equation that takes into account the effect of the spin-dependent interfacial resistance of tunneling barriers, which is an important question in semiconductor spintronics. Unlike the case of metallic spin valves, it was found that the bias dependence of the resistance-area product for the ferromagnet/MgO/Si interface causes a conductance mismatch, and this plays a central role in producing the deviation between the experimental and numerical results.
A quantum computer attains computational advantage when outperforming the best classical computers running the best-known algorithms on well-defined tasks. No photonic machine offering ...programmability over all its quantum gates has demonstrated quantum computational advantage: previous machines
were largely restricted to static gate sequences. Earlier photonic demonstrations were also vulnerable to spoofing
, in which classical heuristics produce samples, without direct simulation, lying closer to the ideal distribution than do samples from the quantum hardware. Here we report quantum computational advantage using Borealis, a photonic processor offering dynamic programmability on all gates implemented. We carry out Gaussian boson sampling
(GBS) on 216 squeezed modes entangled with three-dimensional connectivity
, using a time-multiplexed and photon-number-resolving architecture. On average, it would take more than 9,000 years for the best available algorithms and supercomputers to produce, using exact methods, a single sample from the programmed distribution, whereas Borealis requires only 36 μs. This runtime advantage is over 50 million times as extreme as that reported from earlier photonic machines. Ours constitutes a very large GBS experiment, registering events with up to 219 photons and a mean photon number of 125. This work is a critical milestone on the path to a practical quantum computer, validating key technological features of photonics as a platform for this goal.
We investigate the dependence of the photoinduced inverse spin-Hall effect (ISHE) signal in a set of Pt/Ge(001) junctions as a function of the Pt thickness t(Pt) in the 1-20-nm range at room ...temperature. The spin-polarized electrons, photoexcited through optical orientation at the direct gap of bulk Ge, diffuse towards the Pt layer, where spin-dependent scattering yields a transverse electromotive field E-ISHE. We show that the experimental data can be properly interpreted in the frame of the spin diffusion model, provided that we consider a variation of the spin diffusion length L-s in platinum when the Pt film thickness is increased. Indeed, for t(Pt) > 10 nm we estimate L-s = 8.2 +/- 3.5 nm, whereas for t(Pt) < 10 nm the spin diffusion length decreases to L-s = 3.5 +/- 2.1 nm. Moreover, the experimental results clearly indicate that for t(Pt) < 10 nm the spin Hall angle. is three times larger than the value corresponding to thick Pt layers, suggesting a drastic change of the spin-dependent scattering mechanism for very thin Pt films.
Depuis la découverte de la magnétorésistance (MR) géante en 1988 par le groupe d'Albert Fert (prix Nobel de physique en 2007), le domaine de l'électronique de spin a connu un essor sans précédent, ...justifié par toutes les applications qu'elle permet d'envisager en électronique.Depuis une vingtaine d'années, il est question d'utiliser le degré de liberté de spin directement dans les matériaux semi-conducteurs avec le gros avantage par rapport aux métaux de pouvoir manipuler électriquement le spin des porteurs. L'électronique de spin dans les matériaux semi-conducteurs utilise pour coder l'information non seulement la charge des porteurs (électrons et trous), mais aussi leur spin. En associant charge et spin, on ajoute de nouvelles fonctionnalités aux dispositifs de micro-électronique traditionnels.Le premier challenge consiste à contrôler l’injection et la détection d’une population de porteurs polarisés en spin dans les semi-conducteurs traditionnels (Si, Ge).Pour cela, nous avons étudié des dispositifs hybrides de type MIS: Métal ferromagnétique/Isolant/Semi-conducteur qui nous permettent d'injecter et de détecter électriquement un courant de spin. La première partie de cette thèse concerne les dispositifs à 3 terminaux sur différents substrats qui utilisent une unique électrode ferromagnétique pour injecter et détecter par effet Hanle l’accumulation de spin dans les semi-conducteurs. Une amplification des signaux de spin extraits expérimentalement par rapport aux valeurs théoriques du modèle diffusif est à l’origine d’une controverse importante. Nous avons alors démontré que l’origine du signal de MR ou de l’amplification ne peut être expliquée par la présence de défauts dans la barrière tunnel. A l’inverse, nous prouvons la présence d’états d’interface qui peuvent expliquer l’amplification du signal de spin. De plus, la réduction de la densité d’états d’interface par une préparation de surface montre des changements significatifs comme la diminution du signal de spin.La deuxième partie de ces travaux concerne la transition vers les vannes de spin latérales sur semi-conducteurs. Dans ces dispositifs utilisant deux électrodes FM, le découplage entre l’injection et la détection de spin permet de s’affranchir des effets de magnétorésistance parasites car seul un pur courant de spin est détecté dans le semi-conducteur. Par une croissance d’une jonction tunnel ferromagnétique épitaxiée, nous avons démontré l’injection de spin dans des substrats de silicium et germanium sur isolant. En particulier nous observons un fort signal de spin jusqu’à température ambiante dans le germanium.Finalement, les prémices de la manipulation de spin par l’étude du couplage spin-orbite ont été étudiées dans les substrats d’arséniure de gallium et de germanium. En effet, nous avons induit par effet Hall de spin (une conséquence du couplage spin-orbite) une accumulation de spin qui a été sondée en utilisant la spectroscopie de muon. On démontre alors, à basse température, la présence de l’accumulation grâce au couplage entre les spins électroniques accumulés et les noyaux de l’arséniure de gallium.
Since the discovery of the giant magnetoresistance in 1988 by the group of Albert Fert (Nobel Prize in 2007), the field of spintronics has been growing very fast due to its potential applications in micro-electronics.For almost 20 years, it has been proposed to introduce the spin degree of freedom directly in the semiconducting materials. Spintronics aims at using not only the charge of carriers (electrons and holes) but also their intrinsic spin degree of freedom. In that case, spins might be manipulated with electric fields. By using both charge and spin, one might add new functionalities to traditional micro-electronic devices.Indeed, the first challenge of semiconductor spintronics is to create and detect a spin polarized carrier population in traditional semiconductors like Si and Ge to further manipulate them.For this purpose, we have used hybrid ferromagnetic metal/insulator/semiconductor devices which allow us to perform electrical spin injection and detection. The first part of this thesis deals with 3 terminal devices grown on different substrates and in which a single ferromagnetic electrode is used to inject and detect spin polarized electrons using the Hanle effect. A spin signal amplification is measured experimentally as compared to the value from the theoretical diffusive model, this raised a controversy concerning 3 terminal measurements. We demonstrate that localized defects in the tunnel barrier cannot be at the origin of the measured MR signal and spin signal amplification. Instead, we show that the presence of interface states is the origin of the spin signal amplification in all the substrates. By using a proper surface preparation and the MBE growth of the magnetic tunnel junctions, we reduce the density of interface states and show a significant modification of the spin signals.In a second part, we present the transition from 3 terminal measurements to lateral spin valves on semiconductors. In the last configuration by using two ferromagnetic electrodes, charge and spin currents are decoupled in order to avoid any spurious magnetoresistance artefacts. Using epitaxially grown magnetic tunnel junctions we can prove the spin injection in silicon and germanium. Especially, we are able to measure non local spin signals in germanium up to room temperature.Finally, we study the spin Hall effect in gallium arsenide and germanium substrates. For this propose we induce spin accumulation using the spin Hall effect (i.e spin-orbit coupling) and probe it using muon spectroscopy. We demonstrate, at low temperature the presence of spin accumulation by the coupling between nuclear spins and the electron spin accumulation.
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