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Emissions microondes d’un oscillateur à transfert de spin : largeur de raie et bruit de phase associé – MILESTONE

Résumé de soumission

Ce projet de recherche fondamental a pour but d’étudier l’origine physique de la largeur de raie de l’émission radiofréquence d’un nouveau type d’oscillateur RF basé sur l’électronique de spin : le ‘Spin Torque Nano-Oscillator’ (STNO). Un STNO exploite le phénomène de transfert de spin qui se manifeste lorsqu’un courant polarisé en spin est injecté dans une nanostructure magnétique de dimension latérale inférieure à ~100 nm. L’accordabilité en fréquence de ce composant (de quelques centaines de MHz jusqu'à quelques GHz) combiné avec sa compacité extrême et son faible temps de réponse (quelques ns) le rend extrêmement attractif pour les Télécommunications du futur. En effet la technologie de référence basée sur les VCO (Voltage Controlled Oscillators) ne permet pas d’adresser facilement la problématique d’un récepteur opportuniste pour les applications futures car les composants utilisés (basés sur des résonateurs L,C) souffrent d’un manque intrinsèque de flexibilité (accordabilité < 10%) et sont gourmands en silicium (surface des inductances > 0,1 mm²). Par contre, dans le cas des STNOs, les largeurs de raies observées jusqu’à présent (quelques MHz à quelques centaines de MHz) limitent leur intégration dans les synthétiseurs de fréquence. De plus, l’origine physique de ces largeurs de raies est méconnue. Le but de ce projet est donc d’apporter une vision claire sur les mécanismes fondamentaux qui contribuent à la largeur de raie et qui limitent la cohérence temporelle des émissions RF des STNOs. Les points les plus importants à étudier seront : (i) d’identifier les deux contributions à la largeur de raie que sont le bruit de phase intrinsèque et celle des fluctuations de fréquence, (ii) de caractériser l’échelle de temps associée et (iii) de déterminer le rôle que peuvent jouer l’activation thermique et les propriétés de l’oscillateur (empilement magnétique, propriétés de transport, couplage intercouches, etc.). En outre, la fréquence des oscillateurs STNOs dépend de manière non- linéaire de l’amplitude d’oscillation de l’aimantation. En conséquence, il sera important de caractériser les propriétés et paramètres non-linéaires des oscillateurs STNOs et leurs conséquences sur la pureté spectrale des émissions microondes. Outre les études en domaine fréquentiel, utilisées essentiellement à ce jour, nous visons dans le cadre de ce projet de mettre en place des techniques de mesures dérivées des caractérisations des VCO. Ce sont tout d’abord des mesures en domaine temporel (de type mono-coup, 25 ps de résolution) perme tant d’identifier les fluctuations de fréquences, de caractériser leurs temps de cohérence et la corrélation entre les fluctuations d’amplitudes et de fréquences. Le but final, qui représente un verrou technologique important, sera de réaliser des mesures de bruit de phase en utilisant un analyseur de signaux. Bien qu’utilisé de façon routinière pour la caractérisation de composants RF standards, cette mesure n’a jamais été réalisée pour un STNO. Une telle caractérisation serait non seulement ne première pour la communauté scientifique en spintronique mais également une mesure clef pour faire une comparaison des performances des ST Os vis-à-vis des VCO et autres candidats potentiels de remplacement.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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