Doctorat en « Circulateurs RF basés sur la magnonique de cavité 3D » – Programme MSCA Cofund SEED

La magnonique des cavités  est un domaine de recherche émergent qui étudie les interactions lumière-matière au sein du magnétisme, en particulier les interactions entre les photons et les magnons de la cavité, les quanta des ondes de spin basées sur l’interaction dipolaire magnétique. Au cœur des magnoniques de cavité se trouvent  les polaritons cavité-magnon (CMP)  qui sont les quasi-particules bosoniques associées aux états hybrides magnon-photon de cavité dans le régime de couplage fort. La magnonique des cavités a débuté théoriquement en 2010 [1] et peu de temps après expérimentalement avec la démonstration des CMP à la fois en régime quantique à des températures millikelvin (mK) et en régime classique à température ambiante (RT) [2,3]. En raison du large éventail d’applicabilités et de la physique fondamentale sous-jacente, des systèmes quantiques aux systèmes classiques, elle a suscité un large intérêt de la part de diverses communautés de recherche [4]. De nouveaux dispositifs basés sur des magnons (tels que des transducteurs, des mémoires quantiques et des logiques) peuvent constituer une  plate-forme efficace de traitement de l’information .

Les circulateurs micro-ondes  sont généralement composés d’une ligne de transmission à jonction en Y et de matériaux en ferrite. Cependant, ils sont généralement traités comme une simple boîte noire dans les expériences, où leurs modes internes impliquant des excitations de spin présentent trop de pertes et sont trop complexes pour être analysés. De plus, la plupart de ces appareils souffrent d’un manque d’accordabilité (fréquence de travail et bande passante). Les systèmes hybrides couplant deux ou plusieurs excitations dynamiques constituent une solution prometteuse pour obtenir les fonctionnalités manquantes . Les CMP peuvent être conçus par excitation chirale pour construire des dispositifs non réciproques. L’interaction avec  les photons chiraux micro-ondes  [5] suit une règle de sélection : seuls les magnons et photons de même chiralité interagissent entre eux, tandis que l’interaction de magnons et photons de chiralité opposée est interdite. Ici, le système, représenté par trois oscillateurs harmoniques couplés, sera utilisé pour obtenir une non-réciprocité avec une isolation meilleure que 50 dB.

Nous nous concentrerons sur l’étude d’une cavité 3D qui supporte des photons polarisés circulairement dans le sens horaire et anti-horaire dans l’espace libre. Cavités de fabrication antérieures, leur réponse en fréquence et en champ magnétique sera optimisée via COMSOL Multiphysics. Le développement de prototypages 3D innovants et de métallisation de pièces en plastique permettront la construction de géométries non conventionnelles et non testées dotées de propriétés électromagnétiques uniques pour explorer des régimes auparavant interdits pour ces systèmes. Nous avons imaginé que les cavités métallisées imprimées en 3D pourraient conduire à une avancée majeure en raison de leur flexibilité de conception et de leur reproductibilité. En outre, s’il était possible de prouver que cette technologie révolutionnaire pour la fabrication de cavités produit des dispositifs cryogéniques, de nombreuses applications et domaines de recherche pourraient en profiter. L’espace expérimental cryogénique prend de plus en plus d’importance à mesure que les technologies quantiques commencent à prendre forme et se rapprochent des applications industrielles.

Nous faisons partie de l’équipe NSF du Lab-STICC (UMR 6285) au sein du Département Micro-ondes d’IMT Atlantique. L’équipe NSF opère à l’intersection de la dynamique de spin et de la photonique. Nous utilisons une configuration de mesure RF qui comprend un électro-aimant Lakeshore EM7-HV avec des pôles de 60 mm et un entrefer variable s’étendant de 5 mm à 133,5 mm. Cette configuration est alimentée par une alimentation bipolaire Danfysik de 9700-6 kW, nous permettant d’appliquer des champs magnétiques allant jusqu’à 2,25 T. De plus, nous possédons un analyseur de réseau capable de fonctionner jusqu’à 43,5 GHz. Côté simulation, nous avons accès aux licences HFSS, ADS et à deux licences COMSOL Multiphysics, qui sont des outils indispensables pour concevoir des systèmes complexes comme les dispositifs magnoniques à cavité. Notre environnement de travail est très dynamique et comprend plusieurs doctorants. des chercheurs. Nous avons établi de nombreuses collaborations internationales, comme en témoignent nos récentes publications, et nous nous engageons à assurer notre doctorat. les chercheurs sont représentés à des conférences importantes.