CE24 - Micro et nanotechnologies pour le traitement de l’information et la communication

Contrôle électrique des fréquences de modes couplés acoustique/onde de spin – ElecAcouSpin

Résumé de soumission

Le projet ElecAcouSpin a pour objet général l'étude des propriétés de cristaux magphoniques, contrôlées électriquement. Ces cristaux artificiels sont des réseaux de nanostructures nécessairement magnétiques caractérisés par une période spatiale leur conférant des propriétés acoustiques et magnétiques particulières. En effet, le fait que cette période soit de l'ordre de grandeur des longueurs d'ondes acoustiques et de spins (quelques centaines de nanomètres) induit une structure de bande dans les relations de dispersions correspondantes, propriété qui peut trouver un certain nombre d'applications pour des systèmes multicanaux dans le domaine des radio-fréquences.
Toutefois, il est important de pouvoir contrôler la gamme de fréquences autorisées et interdites, cela passe par le contrôle d'au moins une des deux structures de bandes (acoustique ou magnétique) ainsi que de leur couplage (magnon-phonon) qui peut altérer la structure globale. Dans le projet ElecAcouSpin, nous proposons de fabriquer des cristaux magphoniques sur substrats ferroélectriques (PZN-PT) et de contrôler les bandes magnoniques par l'application d'un champ électrique. En effet, ce dernier aura pour conséquence de provoquer des déformations dans le substrat, transmises au cristal magphonique. Ainsi un couplage magnétoélastique statique permettra de modifier les fréquences des modes magnétiques et de potentiellement les faire croiser avec les modes acoustiques. Ainsi nous visons in fine à étudier, sans l'application de champ magnétique, les couplages fondamentaux entre bandes magnoniques et acoustiques, ce qui n'a pas encore été accompli expérimentalement mais prévu théoriquement.
Pour accomplir cet objectif, la nanofabrication de cristaux magphoniques (CoFeB) aux géométries très variées, allant du simple cristal 1D aux cristaux 2D complexes, sera effectuée par lithographies optique et électronique en collaboration avec le groupe du professeur Adekunle Adeyeye de la National University of Singapore. Les propriétés dynamiques de ces cristaux seront étudiés par spectroscopie Brillouin pour ce qui concerne les modes propagatifs acoustiques et magnétique, ou par résonance ferromagnétique pour l'étude des modes magnétostatiques. Les effets comparés de champs magnétiques appliqués ou de champ magnétoélastique induits électriquement par le substrat de PZN-PT seront ainsi quantifiés. Nous prêterons une attention particulière aux effets d'hétérogénéités du champ magnétoélastique liés à la nanostructuration latérale. Le couplage magnon-phonon sera ensuite étudié par spectroscopie Brillouin, et aura pour but de quantifier son effet sur la structure de bandes globale (phononique et magnonique). Enfin, la modélisation des structures de bandes et de leur couplage, à partir des données d'entrées expérimentales (géométrie, déformation du substrat, ...), sera réalisée en introduisant l'aspect périodique des grandeurs caractéristiques (aimantation, déplacement, ...). Cet outil de modélisation par éléments finis servira de plus à anticiper sur les géométries les plus à même de mettre en évidence expérimentalement ce phénomène de croisement et d'interaction des bandes.
La preuve expérimentale du contrôle électrique simultané des bandes magnonique et phononique via leur couplage ouvrirait une voie inédite vers des dispositifs micro-ondes multicanaux contrôlés pour le transport de l'information dans les domaines liés aux télécommunications.

Coordination du projet

Fatih Zighem (Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux)

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

NUS National University of Singapore / Information Storage Materials Laboratory Department of Electrical & Computer Engineering
LSPM Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux

Aide de l'ANR 210 600 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2020 - 42 Mois

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