Manipulation assistée par plasmon de la dynamique de spin avec la lumière - vers le régime térahertz – Nano-PLASMAG

Le domaine en plein développement de la plasmonique vise, entre autres, à explorer les phénomènes liés à la résonance plasmonique de surface au sein de nanocristaux plasmoniques (NC) et de leurs applications potentielles. Les méthodes chimiques actuelles permettent de concevoir et de fabriquer des nanocristaux, et leurs assemblages 2D, ayant des propriétés spectrales ajustables et qui peuvent être utilisées pour introduire un levier de réglage optique dans le système en question.
La rencontre des nanomondes plasmoniques et magnétiques offre une grande variété de nanosystèmes multifonctionnels, où, via l'absorption de la lumière par les plasmons, les propriétés magnétiques de la matière peuvent être modifiées. La voie classique de ces recherches se concentre toutefois uniquement sur les changements des propriétés magnétiques statiques induites par la lumière. Contrôler ou déclencher des courants de spin (ou dynamique de spin) avec un stimulus externe tel qu'une lumière blanche continue de faible puissance (et non des impulsions laser ultracourtes de forte puissance), bien que très prometteur, n'a jusqu'à présent attiré qu'une attention très limitée. En d'autres termes, alors que les processus pilotés ou médiés par la lumière dans le domaine de l'électronique sont bien étudiés et largement utilisés (par exemple, les cellules solaires ou les diodes électroluminescentes), seulement que très peu n’est connu sur le rôle possible de cette lumière dans le domaine de la spintronique et de la dynamique de spin.
L'objectif général de ce projet est d'explorer le rôle des processus médiés par les plasmons dans l'excitation et l'influence de la dynamique de l'aimantation (dynamique de spin médiée par les plasmons), avec un objectif final (à long terme) d'influencer/entraîner des ondes de spin nanométriques (magnons) avec de la lumière visible.
À cette fin, des NC aux propriétés optiques souhaitées seront fabriqués et disposés à la surface de films ferromagnétiques minces, de telle sorte que la sensibilité à la lumière des structures hybrides préparées servira de levier optique pour induire/affecter le mouvement de précession de spin dans une couche ferromagnétique (dynamique de spin). La résonance ferromagnétique sondera la dynamique de l'aimantation dans le domaine des fréquences, où l'illumination de l'échantillon, résultant de l'excitation de la résonance plasmonique de surface des NC, devrait amortir ou renforcer le mouvement précessionnel des spins et/ou déplacer la fréquence de la résonance ferromagnétique, permettant ainsi l'utilisation de la lumière pour contrôler les propriétés magnétiques dynamiques d'un tel système.
Parallèlement, la dynamique de l'aimantation dans ces hybrides sera étudiée dans le domaine temporel à l'aide de la magnéto-optique à résolution temporelle. Les magnons générés par des impulsions de rayonnement térahertz devraient être affectés (amplitude de précession, fréquence, temps de décroissance) par des plasmons de surface simultanément excités en raison de l'absorption de la lumière. En outre, la génération de magnons térahertz est explicitement attendue via l'excitation plasmonique à l'aide d'impulsions laser femtosecondes. De cette manière, une image détaillée des excitations de magnons à des fréquences du GHz au THz dans les structures hybrides sous illumination sera obtenue.