Spintronique II : magnonique, dynamique rf et spintronique ultrarapide

Magnonique
Les magnons, en tant que quanta d’ondes de spin, sont des excitations collectives de spin. Nous explorons les propriétés des magnons dans une variété de matériaux magnétiques. En utilisant des phénomènes spintronique tels que les couples spin-orbite, notre objectif est d’étudier de nouveaux phénomènes tels que le condensat de Bose-Einstein des magnons et le couplage des magnons à des degrés de liberté quantiques. Parallèlement, nous cherchons à développer des dispositifs et des technologies innovantes qui exploitent ces propriétés uniques, en particulier pour des applications dans l’électronique radiofréquence, l’informatique analogique et l’informatique neuromorphique.

Nano-oscillateurs pour spintronique rf
Les nano-oscillateurs spintroniques basés sur la dynamique par transfert de spin d’un vortex magnétique sont des systèmes modèles sur lesquels nous travaillons depuis plus d’une quinzaine d’années. La compréhension de leurs comportements dynamiques par effet de transfert de spins et de leurs propriétés de détection et/ou d’émission dans la gamme radiofréquence nous permet d’étudier des régimes de dynamique complexe de nano-oscillateurs fortement couplés visant le développement de capteurs ultra-sensibles ou encore d’optimiser leurs performances comme récupérateur d’énergie rf ou capteurs dormants.

Spintronique aux interfaces : émission de rayonnement du visible au THz
La conversion d’un courant polarisé en spin en rayonnement (visible ou THz) offre de nouvelles possibilités de codage de l’information. Deux aspects distincts sont abordés dans cette opération de recherche : l’émission/absorption dans le visible et l’émission dans la gamme spectrale THz.
Dans le visible, l’un des objectifs est d’étendre les résultats de la diode d’émission de lumière de spin (LED) au laser à cavité externe verticale émettant par la surface (VECSEL). Dans la gamme des térahertz, l’envoi d’impulsions laser femtosecondes sur des bicouches d’un matériau magnétique et d’une couche active de spin-orbite entraîne une émission dans l’espace libre à large bande de THz (1-30 THz). L’absorption de la lumière entraîne un processus de désaimantation ultrarapide et la génération de porteurs chauds polarisés en spin. Le courant de spin ultra-rapide associé peut être efficacement converti en un courant de charge THz latéral via des effets spin-Hall inverses (ISHE) dans des matériaux tels que les métaux lourds (Pt, W ou Ta), et/ou directement à l’interface via des effets Rashba-Edelstein inverses (IREE) en présence d’états de surface polarisés comme dans les isolants topologiques (Bi_1-xSb_x, Bi₂Se₃ ,…). Ces processus physiques fondamentaux sont à l’origine de plusieurs nouveaux concepts de dispositifs spintroniques THz basés sur le spin.