ICARUS
La non-réciprocité est d'un grand intérêt pour développer des isolateurs et circulateurs RF compacts et intégrés qui vont au-delà des solutions encombrantes basées sur la rotation de Faraday dans les ferrites. Ce sont des outils précieux tant pour les systèmes de communication actuels que pour les futurs systèmes quantiques. Deux approches peuvent être envisagées pour manipuler la symétrie Parité-Temps (PT) en spin-cavitronique, pouvant conduire à un comportement non réciproque.
- La première repose sur l'introduction d'un couplage chiral entre les magnons et les photons,
- Tandis que la seconde est basée sur la capacité de s'accorder entre (et de combiner) les régimes de couplage conservateur et dissipatif et d'utiliser des antirésonances.
ICARUS a deux objectifs. Sur le plan fondamental, nous étudierons les conditions de contrôle de la symétrie PT dans les dispositifs spin-cavitronique cohérents et dissipatifs. Du côté appliqué, nous visons à réaliser de nouveaux concepts d'isolateurs et de circulateurs RF en utilisant la non-réciprocité des dispositifs spin-cavitroniques. Enfin, nous étendrons ces approches des bandes de fréquences X (8-12 GHz) aux bandes W (75-110 GHz), en passant des ferrimagnétiques à base de grenat bien connus à des matériaux antiferromagnétiques inexplorés.
La spin-cavitronique
La spin-cavitronique est un domaine de recherche émergent qui étudie les interactions lumière-matière au sein du magnétisme, et plus précisément les interactions entre les photons de cavité et les magnons, les quanta d’ondes de spin basés sur l’interaction dipolaire magnétique. Au cœur de la spin-cavitronique se trouvent les polaritons de cavité-magnon (CMP) qui sont les quasi-particules bosoniques associées aux états hybrides cavité-magnon-photon dans le régime de couplage fort. Ces nouveaux systèmes hybrides prometteurs, basés sur les CMPs, proposent une nouvelle voie pour transmettre et traiter l’information.
Description du projet ICARUS
L'objectif d'ICARUS est donc de fournir un aperçu clair des mécanismes de symétrie PT en spin-cavitronique, en utilisant l'expertise en spin-cavitronique de l'IMT Atlantique/Thales ; la modélisation et la conception RF de l'IMT Atlantique/ELLIPTIKA. Le projet s'appuie sur les expertises complémentaires des 3 partenaires, et sur des collaborations en cours. Outre son intérêt fondamental, l'ambition d'ICARUS est d'offrir une voie pour des dispositifs non réciproques plus compacts et intégrés, qui bénéficieraient à la fois au traitement du signal et à l'annulation du bruit pour le traitement conventionnel.
Le projet est construit autour de quatre (4) workpackages (WP) scientifiques. Le WP1 est dédié à l’étude des systèmes en régime cohérent, le WP2 au régime cohérent/dissipatif, le WP3 à la montée en fréquence, et le WP4 à la construction d’un outil de simulation complet permettant de concevoir tous les systèmes envisagés dans les WP1, 2 et 3.
Impacts du projet ICARUS
Pendant le projet et juste après son achèvement, ICARUS aura un impact significatif à court et à long terme sur plusieurs domaines scientifiques, comme indiqué ci-dessous.
Magnonique : La forte interaction magnon-photon permet de concevoir un outil complémentaire pour mieux comprendre la dynamique de l'aimantation du système de différents matériaux magnétiques qui peuvent héberger des modes d'ondes de spin.
Spintronique antiferromagnétique (AFM) : ICARUS offrira de nouvelles perspectives pour réaliser un couplage fort entre les magnons AFM et les photons, tout en permettant l'observation et la stabilisation de points de singularité qui restent inexplorés dans les systèmes antiferromagnétiques.
Systèmes hybrides : Actuellement, la magnonique quantique repose sur le couplage indirect (conservatif) entre les magnons et les qubits par l'intermédiaire de l'interface entre les magnons et les qubits. La compréhension et le contrôle fournis par ICARUS sur l'interaction magnon-photon permettront de généraliser le couplage conservatif et dissipatif et de combiner les deux types de couplage à des systèmes hybrides génériques. Dans ce contexte, ICARUS peut ouvrir la voie à la magnonique quantique dissipative ou à l'optomagnonique dissipative en cavité, par exemple.
Rôles des partenaires
IMT Atlantique coordonnera le projet ICARUS. Nous avons une forte expertise dans la conception et la simulation de systèmes hybrides (magnon-photon), l'impression 3D, et dans le développement de banc de mesure micro-ondes à température ambiante (résonnance ferromagnétique, détection iSHE, spectroscpie d’onde de spin). Ces installations permettent de caractériser la dépendance en fréquence de la réponse des cavités en fonction du champ magnétique. IMT Atlantique dirigera les WP1 et WP5 et les taches associées à outils de modélisation du WP4. Le projet s'appuie sur l'expertise complémentaire des partenaires et sur les collaborations en cours.
THALES RT :
Thales possède une grande expertise dans le développement et l'étude des dispositifs spintroniques et magnoniques RF. Thales dirigera les WP2 et WP3 ainsi que les activités d'étalonnage sur les dispositifs non réciproques dans le WP4. Thales contribuera également à la modélisation EM des dispositifs, qui est essentielle pour l'optimisation des dispositifs.
Elliptika :
Elliptika possède une vaste expérience dans le développement de prototypes 3D innovants et la métallisation de pièces plastiques pour les applications RF, ainsi que dans la fabrication de résonateurs 2D/2,5D. Leurs connaissances permettront de fabriquer des géométries de cavités non conventionnelles (de 3D à 2D, fermées et ouvertes). Elliptika dirigera le WP4.