Ondes de spin nanoguidées pour la réalisation de portes logiques reconfigurables – SWANGATE

SWANGATE est un projet ambitieux qui vise à développer une nouvelle approche pour la magnonique à l'échelle nanométrique. Les dispositifs à base d’onde de Spin (SWD) ont déjà été identifiés par l’International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) comme une alternative aux technologies CMOS pour les dispositifs logiques. Les SWD exploitent les oscillations collectives de l’aimantation (ondes de spin) dans des structures magnétiques pour la transmission et le traitement de l’information. L'intérêt de cette approche émergente réside dans son évolutivité, nécessaire pour gérer la quantité croissante de données générées par notre société de l'information et des communications. Cependant les approches classiques pour les SWD souffrent de plusieurs inconvénients liés à leur miniaturisation et ne permettent pas de réaliser des dispositifs reprogrammables, ce qui représente un enjeu crucial. Le but du projet SWANGATE est d'étudier une nouvelle voie pour réaliser des SWD évolutifs et reprogrammables.

L'originalité de SWANGATE réside dans l’utilisation de parois de domaines magnétiques (DW) comme guide d'ondes pour les ondes de spin (SW). Le partenaire 3 a déjà démontré par le moyen de simulations micromagnétiques qu'il est possible d'exciter dans couches minces ferromagnétiques des modes de SW localisées dans les DW tout en garantissant l’absence de modes dans les domaines. Après avoir démontré la faisabilité du concept dans des couches minces à aimantation planaire, le projet se focalisera sur l’utilisation de matériaux à aimantation perpendiculaire. Comme la largeur des DW dans ces matériaux peut être très inférieure à 10 nm, le dispositif résultant est naturellement de taille sub-micrométrique. En outre Garcia-Sanchez et al. ont montré que les SW peuvent être guidées dans des DW coudés. Ce résultat est de première importance pour toute utilisation pratique.

La première partie du projet consistera à faire la démonstration expérimentale de la génération et détection des modes de SW localisés dans les DW. Pour atteindre cet objectif, plusieurs techniques expérimentales seront mises en œuvre. La spectroscopie Brillouin ainsi que des méthodes électriques telles que la spectroscopie d’ondes de spin propagatives par mesures inductives seront utilisées pour accéder à la relation de dispersion de ces modes. Les caractéristiques des modes mesurés seront comparées à des calculs numériques et des simulations micromagnétiques. La compréhension fine des résultats issus de cette étude permettra d'optimiser médias et schémas d'excitation-détection pour les ondes de spin canalisées par les parois de domaine (DWCSW). La deuxième partie du projet porte sur la reprogrammabilité. L'objectif est de démontrer la faisabilité d’un dispositif logique reprogrammable à base de DWCSW. En façonnant et refaçonnant le motif des domaines magnétiques nous pouvons modifier la distribution et l’orientation des guides d'ondes et ainsi la fonctionnalité du dispositif. Au-delà des moyens classiques de manipulation des DW, nous proposons également de contrôler optiquement l’aimantation. Cela permettra de créer des structures de guide d'ondes sophistiquées, ouvrant la voie des SWD reprogrammables à l'échelle nanométrique.

En conclusion, notre approche propose une solution innovante aux principaux problèmes rencontrés par les SWD. Ce nouveau concept de SWD se situe à l'intersection de la spintronique, du nanomagnétisme et de l’opto-magnétisme. Le consortium SWANGATE rassemble l'expertise nécessaire, que ce soit pour l’étude expérimentale des SWs & des DWs, le génie des matériaux ou pour la modélisation micromagnétique, afin d’aborder les multiples champs de recherche impliqués. La combinaison de ces différentes techniques, en plus de l’approche originale des DWCSW, rend notre proposition novatrice et ambitieuse, avec un fort potentiel pour réaliser des SWD qui seront au cœur des futures technologies de traitement de l'information.