GigaSpin — Excitation resonante GHz de magnons et phonons par un peigne de fréquence optique accordable

Les techniques spectroscopiques basées sur les interactions laser-matière permettent de sonder les degrés de liberté vibrationnels et magnétiques dans les solides en détectant les quasi-particules quantiques associées, à savoir les phonons et les magnons respectivement. Ces méthodes reposent sur l'interaction inélastique d'un laser avec l’échantillon étudié, caractérisée spectralement par des bandes stock et anti-stock latérales entourant la longueur d'onde centrale de la source. Les techniques actuelles sont basées sur l'illumination laser avec des ondes continues ou des impulsions femtosecondes. Les lasers femtosecondes les plus avancés disponibles dans le commerce délivrent des impulsions à des fréquences fixes autour de 100 MHz et jusqu'à 1 GHz. D'autre part, les fréquences caractéristiques de phonons et de magnons s’étendent de quelques dizaines de GHz jusqu'au THz. Au vu de l’écart entre ces fréquences, la spectroscopie dans ce contexte reste limitée à la diffusion Brillouin dans le domaine temporel, également appelée diffusion Brillouin cohérente, donc dans un régime systématique hors résonance. L'objectif principal du projet GigaSpin est de développer un instrument mettant en œuvre une nouvelle approche de la spectroscopie qui repose sur une excitation optique résonnante accordable, où la cadence du laser peut être continuellement modifiée pour correspondre aux fréquences propres magnoniques ou phononiques du matériau étudié. La mise en œuvre et l’exploration des capacités étendues de cette nouvelle méthode seront démontrés en explorant les propriétés magnétiques et acoustiques d'un ensemble choisi de matériaux spécifiques.