La spintronique microondes pour les réseaux de capteurs sans fils – SPINNET

CONTEXTE
L'objectif principal de SpinNet est d'apporter des solutions peu consommatrice en énergie et à faible coût pour certains des composants clés utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil, ceci en exploitant les résultats récents obtenus avec les composants hyperfréquences spintroniques. Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) sont d’ores et déjà omniprésents, par exemple dans les véhicules, dans les habitations, dans des téléphones intelligents, dans des usines ou encore pour la surveillance de l'environnement (gaz, sol, circulation etc…). Compte tenu du nombre croissant d'objets connectés dans le cadre du développement de l’Internet des Objets (IoT), les caractéristiques cruciales restent la consommation d'énergie, la compacité des dispositifs et le coût, avec en particulier les blocs émetteur / récepteur qui sont les composants les plus consommateurs d'énergie dans ces nouveaux réseaux de capteurs communicants.

OBJECTIF
Dans ce contexte, SpinNet propose des solutions basées sur la spintronique pour parvenir aux développements de trois composants clés des modules récepteurs Rx WSN:
(i) Wake-up Radio (WuRx),
(ii) stockage d'énergie via WSP / WPT
(iii) Démodulation du signal (RxDEMOD).
Pour cela, SpinNet va tirer profit des avancées importantes obtenues récemment par les partenaires dans l’étude et l’utilisation des propriétés de dynamique par transfert de spin de jonctions tunnel magnétiques à base de vortex, V-MTJ (gamme fréquentielle 0,1-1 GHz) et leur fonction de conversion RF-DC (conversion d'un signal d'entrée RF en un signal de tension continue). En s’appuyant sur les performances de ces dispositifs et en les optimisant, nous prévoyons de parvenir à substantiellement dépasser les performances des composants existants en termes de sensibilité à la faible puissance d'entrée, d'efficacité de conversion RF-DC, de consommation énergétique ou encore de compacité.

PROGRAMME DE TRAVAIL
A partir de nos résultats récents pour des fonctions de détection rf passive ou active avec des dispositifs V-MTJ, nous envisageons de développer trois systèmes sur carte PCB : WuRx, WPH / WPT et RxDEMOD. La méthodologie globale adoptée dans SpinNet pour améliorer les performances au niveau système comprend trois étapes:
WP2: optimisation des composants individuels pour augmenter la sensibilité et le niveau du signal de sortie, réduire le bruit et optimiser la forme du signal
WP3: définition d'un réseau connecté de V-MTJ
WP4: optimisation de la conception d'une antenne, adaptée au réseau de V-MTJ et réalisation de circuits HF sur PCB pour la fonctionnalisation des dispositifs spintroniques (WP4).
Le résultat sera trois systèmes PCB (WuRx, WPH / WPT et RxDEMOD) qui seront élaborés, testés et évalués pour une exploitation plus avancée.

IMPACT/RETOMBEE
La mise en réseau de V-MTJ connectés en parallèle et / ou en série constitue un des importants défis de SpinNet pour augmenter la sensibilité à une faible puissance rf d'entrée. Cette approche basée sur un grand réseau de V-MTJs (jusqu’à 100) n’a encore jamais été implémentée pour la fonction détection rf de ces dispositifs spintroniques. La fonctionnalisation de ces réseaux V-MTJ pour les systèmes WuRx, WPH / WPT, RxDemod implique de trouver des solutions dans la conception d'antenne pour la distribution efficace de l'énergie au réseau, ou encore en établissant un circuit équivalent pour la fonction de détection rf et de nouveaux protocoles multifréquences pour WuRx. les résultats attendus du projet SpinNet vont de nouvelles connaissances fondamentales importantes au dépôt de brevets sur la conception des systèmes WuRx, WPH / WPT, RxDemod en vue d’une exploitation vers d'autres applications de communication sans fil.

CONSORTIUM
Les partenaires de SpinNet CEA-SPINTEC, UMPhy CNRS, THALES et CEA-LETI possèdent des compétences et des expertises complémentaires (communication sans fil et spintronique) et ont à plusieurs reprises collaboré dans des précédents projets.