Le sujet proposé est un projet collaboratif visant à exploiter les disques magnétiques suspendus en tant que nouveaux transducteurs micro-ondes du moment angulaire orbital. Notre objectif est de développer des modulateurs opto-mécaniques ultra-fidèles fonctionnant à des fréquences de l'ordre du GHz en intégrant des matériaux magnétiques dans des composants optiques. Ce concept innovant découle des progrès récents dans l'étude des lois de conservation du moment angulaire des modes magnétiques dans les cavités axi-symétriques. La conception que nous proposons permet de réaliser une interconversion cohérente entre la gamme de fréquences des micro-ondes dans laquelle fonctionnent les réseaux sans fil ou les ordinateurs quantiques et celle des réseaux optiques, qui constitue la gamme de fréquences optimale pour les communications à longue distance. À cet égard, notre proposition ne se contente pas d’introduire de nouvelles applications de la magnonique dans le domaine de l'optique qui n'avaient pas été envisagées auparavant, mais elle jette également un pont entre la communauté spintronique et ceux des communautés électronique et quantique.
Les déformations élastiques sont générées ici par la dynamique de l'aimantation à travers le tenseur magnéto-élastique et son couplage sans contact à un circuit micro-ondes. Notre étude se concentrera sur des structures microniques en grenat magnétique monocristallin intégrées dans des guides d'ondes ou des cavités photoniques en GaAs. En outre, nous proposons la fabrication de structures suspendues afin de minimiser les pertes d'énergie (élastiques ou optiques) à travers le substrat.
Le premier défi est de produire des hétérostructures hybrides intégrant des films de grenat de haute qualité avec des semi-conducteurs. Nous proposons une approche nouvelle basée sur l’élaboration de films de grenat magnétique d'épaisseur micronique, obtenus par épitaxie en phase liquide (LPE) sur un substrat de gadolinium-gallium-grenat (GGG). L'originalité consiste à coller le film retourné sur une tranche de semi-conducteur, puis à polir mécaniquement le substrat de GGG. La multicouche obtenue sera ultérieurement gravée par des techniques de lithographie standard.
Le deuxième défi est d'aller au-delà de l'excitation des modes uniformes et de cibler les modes avec un moment angulaire orbital en tant qu'encodeurs de quanta arbitrairement grands de nJ? pour des communication multiplexés multi-canaux ou pour définir des registres d'états quantiques multi-niveaux. On tirera parti des avancées récentes dans le couplage spin-orbite entre les ondes de spin azimutales ainsi que dans la diffusion élastique des magnons sur les tenseurs magnéto-cristallins anisotropes. Dans ce projet, nous voulons également aller au-delà de l'état uniformément aimanté et exploiter la capacité de modifier de façon continue la texture magnétique d'équilibre dans la direction azimutale comme moyen d'ingénierie des règles de sélection et donc accéder de manière cohérente à des symétries de modes qui seraient autrement cachées.