Dans ce travail, nous démontrons un nouveau type de composant, un « transistor tunnel à filtrage de spin », construit en empilant quelques feuillets atomiques de matériaux bidimensionnels : deux électrodes de graphène séparées par une fine couche d’un semiconducteur antiferromagnétique, le CrSBr, qui joue le rôle de filtre à spin. Un tel empilement, appelé hétérostructure van der Waals, permet de combiner sur quelques nanomètres des fonctionnalités que l’on ne sait pas réunir dans les matériaux traditionnels.
Nous montrons que ce composant offre deux « boutons » électriques indépendants pour contrôler le filtrage du spin : d’une part, la tension appliquée entre les électrodes, qui incline le profil énergétique de la barrière tunnel et amplifie l’efficacité de filtrage de quelques pourcents à plusieurs milliers de pourcents ; d’autre part la tension de grille, comme dans un transistor classique, qui module encore davantage le signal dépendant du spin. Un modèle théorique de transport tunnel reproduit quantitativement ces observations, et des calculs de premiers principes valident la structure électronique du dispositif.
Ces résultats ouvrent une voie vers des circuits spintroniques reconfigurables tout-électriques, dans lesquels une même architecture pourrait, selon les tensions appliquées, se comporter comme une mémoire, un capteur magnétique ou une porte logique. Ils illustrent plus largement la promesse des matériaux 2D magnétiques pour concevoir la prochaine génération de composants quantiques et bas-consommation.
Figure : Gauche : Schéma du transistor tunnel à filtrage de spin. Une barrière tunnel de CrSBr (semiconducteur antiferromagnétique 2D) est intercalée entre deux électrodes de graphène. Droite : Les tensions source-drain et de grille contrôlent conjointement le filtrage du spin.
Copyright : ©[DAYEN Jean-Francois / IPCMS (CNRS / Université de Strasbourg)
Reference : ACS Nano (American Chemical Society), 07 Juillet 2026 , https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.6c03448
Contact : Jean-François Dayen
