Détection de l’état de spin de molécules individuelles

Une équipe de l’IPCMS est parvenue à visualiser pour la première fois le spin d’une molécule individuelle en exploitant une jonction magnétique nanométrique. Un support numérique a été assuré en étroite collaboration par des théoriciens de la TU Freiberg.

En spintronique moléculaire on tente d’utiliser des électrodes ferromagnétiques pour l’injection d’un courant polarisé en spin à travers des molécules. Bien que l’impact de l’interface molécule-électrode sur le transport de spin soit connu, on sait relativement peu de chose sur le couplage chimique et magnétique entre une molécule et un contact ferromagnétique. Un microscope à effet tunnel (STM) à spin polarisé (SP-STM) à basse température a été employé pour étudier pour la première fois le transport de spin à travers une molécule de phthalocyanine de cobalt (CoPc) adsorbée sur un nano-îlot bien caractérisé de cobalt avec une aimantation perpendiculaire. Comparé à d’autres techniques, le STM permet de déterminer parfaitement la localisation et le nombre d’adsorbats sur le nanocontact.

De plus, le tunneling électronique à SP peut être caractérisé au dessus de l’adsorbat, ou en n’importe quel point au dessus de la surface, avec une résolution atomique. Pour la molécule de CoPc, une résonance du spectre de conductance pris au dessus de l’atome de cobalt de la molécule est exploitée afin de résoudre spatialement deux états stationnaires de spin. De tels états correspondent à deux orientations “up” et “down” de spin possible de l’aimantation moléculaire sur l’îlot de cobalt.

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Molécules de CoPc adsorbées sur des nanoîlots de Co (a) modèle de la molécule de CoPc. (b) Image STM 3D de CoPc sur des îlots de Co d’aimantation opposée (image 40 nm × 20 nm) 0.1 V et 0.5 nA. Les oscillations spatiales sur le substrat de Cu(111) sont dues à la diffusion des états électroniques de surface.

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Dans la configuration d’équilibre, l’atome de Co adopte une position “bridge” par rapport aux atomes du substrat. Dans cette configuration, les atomes de d’azote sont responsables pour la liaison chimique avec la surface. Les calculs montrent également que les états impliqués dans le magnéto-transport proviennent des orbitales dz2, dxz and dyz de la molécule. La densité d’aimantation révèle que le couplage entre la molécule et l’électrode est ferromagnétique, constitué d’une contribution directe aussi bien que d’une contribution indirecte de super-échange due à la configuration particulière des atomes d’azote, médiateur du couplage avec la surface. Il en ressort qu’un contrôle sur la géométrie d’adsorption et, in fine, sur la conductance de spin, peut être réalisé par un choix des ligands qui lient la molécule à la surface.

C. Iacovita, M.V. Rastei, B. Heinrich, Th. Brumme, J. Kortus, L. Limot, J.P. Bucher, Phys. Rev. Lett. 101, 116602 (2008).

Contact: bucher@ipcms.u-strasbg.fr
 

Projet soutenu par la FRC en 2008

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