TRINIDAD — Ligne à retard pour magnons dans un YIG micro-structuré contrôlé électroniquement

L'objectif novateur du projet TRINIDAD est d'étendre à la gamme micro-onde le concept de transmission à amplification répartie, concept utilisé dans les fibres optiques dopées. Un premier objectif est de développer dans un délai de 24 mois un matériau hybride permettant la propagation d'ondes de spin par compensation de pertes. Un second objectif est de nano-structurer ce matériau en un guide d'onde de taille microscopique afin de réaliser une ligne à retard analogique de très haute qualité et intégrable dans l'électronique du futur. L'idée de base est de juxtaposer un isolant magnétique à un métal normal. Dans cette double couche, l'isolant magnétique - le grenat d'yttrium-fer (YIG) - fournit un milieu de propagation à faibles pertes, où un signal micro-ondes est converti en une onde de spin à propagation lente. Une première propriété clé du dispositif est l'utilisation de films ultra-minces de YIG en vue de réduire la vitesse de groupe de l'onde de spin en-dessous de 10 m/s. Une seconde propriété clé est que les pertes intrinsèques de l'onde de spin soient partiellement, voire entièrement, compensées afin d'augmenter la durée du retard au-delà du temps de relaxation naturelle de l'onde de spin, un verrou majeur qui limite cette technologie. Le signal oscillant est amplifié par un flux de moment cinétique (ou pur courant de spin) injecté à partir d'une couche métallique hors-équilibre produisant une accumulation de spin induite par la déflexion des électrons de conductions traversant cette couche adjacente. Le courant de spin est créé par l'effet Hall de spin (nécessitant l'utilisation de matériau à fort couplage spin-orbite, soit à partir de métaux simples ou soit d'alliages: par exemple, Pt et Ta ou CuIr et AuW). Le résultat net de ce courant de spin induit est d'amplifier (ou de réduire, en fonction du signe du courant appliqué) le signal transmis par un procédé d'émission stimulée à l'interface métal / isolant. Des retards allant jusqu'à quelques microsecondes pourraient alors être atteints sur des distances micrométriques. Dans l'avenir, cette ligne à retard pourrait être utilisée comme brique élémentaire pour d'autres dispositifs micro-ondes à haute performance: un oscillateur ultra-faible bruit de phase ou un filtre agile accordable électroniquement. Les applications ciblées se trouvent dans la technologie du radar et de la télécommunication, qui sont à la recherche de dispositifs performants à ultra-bande étroite, non réciproques, et combinant à la fois une haute agilité et une sélectivité ultra-étroite.