Emetteurs TeRAhertz sPIntronic amélioréS par poinTe pour révéler la dynamique ultrarapide à l'échelle nanométrique – TRAPIST

CONTEXTE :

Alors que l'essor des recherches sur les ondes THz est encore loin de combler le manque de technologies THz, l'imagerie à l'échelle nanométrique et à des échelles de temps inférieures à la picoseconde est un sujet brûlant pour la micro- et la nano-spectroscopie. Comme ces techniques peuvent potentiellement révéler la dynamique des ondes THz et leur dispersion spatiale de manière non-destructive, elles devraient permettre de mieux comprendre les excitations THz et de lever certaines limites des dispositifs THz en développement. Cependant, la diffraction aux longueurs d'onde THz (˜ 50 um) limite fortement la résolution spatiale des microscopes à champ lointain et l'amplitude THz collectée des microscopes à champ proche limite fortement leur niveau de signal sur bruit (SNR). Le projet TRAPIST propose donc une solution originale et innovante basée sur les technologies spintroniques pour dépasser les limites de SNR dans les microscopes THz champ proche à large bande. Réciproquement, cet outil sera sans précédent pour caractériser les nouveaux dispositifs THz spintroniques et à base de matériaux 2Ds.

OBJECTIFS :

TRAPIST intégrera des émetteurs THz spintroniques (STEs) nanométriques dans un microscope optique champ proche à balayage et à diffusion (s-SNOM). À cette fin, TRASPIST est structuré autour de trois objectifs clés :

1) Maîtriser des STEs à bande spectrale large, efficace, contrôlables en polarisation et nanométriques en utilisant des interfaces spintroniques actives,

2) Intégrer les STEs dans un s-SNOM en utilisant deux approches, en (a) plaçant le STE nanométrique sous la pointe AFM de diffusion, ou en (b) l'intégrant directement sur la pointe pour offrir un nouveau type de nanospectroscopie THz 3D,

3) Générer les toutes premières images avec une bande spectrale jusqu'à 15 THz sur deux sujets majeurs de recherche en nanophotonique et en spintronique THz : (a) la dynamique des plasmons THz dans les matériaux 2D et (b) la dynamique des magnons THz dans des nanostructures antiferromagnétiques et multiferroïques.

Pour ce faire, TRAPIST s'appuie sur les réalisations précédentes des partenaires du projet en exploitant les meilleures performances de nouveaux types de STEs, sur le développement de s-SNOM commerciaux basés sur des pointes AFM et sur l'expertise des partenaires dans les technologies THz et les dispositifs spintroniques et magnoniques.

RÉSULTATS/IMPACT :

Les résultats de TRAPIST auront des volets à la fois fondamentaux et directement applicables. En ce qui concerne le volet applicatif, TRAPIST développera un microscope champ proche à large bande spectrale intégrant des technologies spintroniques et un niveau record de signal sur bruit. En proposant une intégration directe d’un STE dans une technologie SNOM mature, nous anticipons une augmentation rapide du niveau de TRL durant le projet. Cela permettra ainsi la caractérisation et l'optimisation de nouveaux dispositifs nanophotoniques et spintroniques THz, ainsi que des applications directes pour les processus d'ingénierie inverse. Sur le plan fondamental, TRAPIST apportera de nouvelles connaissances sur les mécanismes de génération THz des STE, tant en 2D qu'en 3D, et une nouvelle compréhension de la dynamique THz dans les matériaux 2D (plasmons et phonons) et AFM (magnons, phonons et leurs quanta hybridés).

CONSORTIUM :

Le projet TRAPIST rassemble une équipe complémentaire d'experts en spintronique (UMPhy/Thales) et en technologies THz (IEMN, LPENS, Thales). Le consortium maîtrise toutes les étapes nécessaires à la réalisation des objectifs de TRAPIST : croissance et modélisation de STEs à UMPhy/Thales, spectroscopie THz (LPENS) et microscopie en champ proche (IEMN), intégration de dispositifs (IEMN, Thales, UMPhy).