#LePapierDuMois | juillet 2024 : Réduire la consommation d’énergie grâce aux futurs dispositifs de télécommunication à haute fréquence
Des chercheurs de l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS) et de l’Institut Jean Lamour à Nancy, membres du Projet Ciblé TOAST, ont étudié l’émission des ondes térahertz à partir des structures spintroniques couplées avec différents types d’antennes (dipole, bow-tie et spirale). Les chercheurs ont montré que l’émission térahertz en champ lointain des émetteurs peut être améliorée grâce à l’optimisation de ces antennes jusqu’à un facteur 15 dans le papier “Increasing terahertz spintronic emission with planar antennas“
La fenêtre térahertz est une plage de fréquences du spectre électromagnétique généralement définie comme étant comprise entre 0,1 et 10 THz située entre les micro-ondes et l’infrarouge. Cette plage de fréquences coïncide avec une grande variété de phénomènes physiques couvrant les domaines de la physique de la matière condensée ou des sciences de la vie par exemple. Cependant, la génération et la détection de térahertz restent un défi, malgré les progrès significatifs réalisés au cours des dernières années. Les techniques à large bande les plus pratiques sont les méthodes indirectes dans le domaine temporel qui reposent sur des impulsions laser femtosecondes et leur conversion dans des cristaux non linéaires (redressement optique). Une autre méthode plus récente d’émission térahertz est basée sur la désaimantation ultrarapide de matériaux magnétiques par des impulsions laser femtoseconde dans des structures spintroniques constituées des multicouches métalliques magnétiques/non magnétiques.
Figure 1 Gauche : Schéma de l’émission THz d’un émetteur spintronique unique équipé d’une antenne électromagnétique. L’encart illustre le courant polarisés en spin (JS) à travers la structure et sa conversion en courant de charge (JC) transverse. Ce courant de charge oscillant mène à l’émission térahertz dans l’espace libre.
Droite : Le champ électrique des impulsions THz mesurées pour des réseaux d’émetteurs térahertz spintroniques avec ou sans antennes dipôles (rouges et bleue respectivement) et leurs transformées de Fourier.
Dans ce contexte, il est important de comprendre comment convertir efficacement l’émission térahertz spintronique locale en rayonnement dans l’espace libre. Dans cette étude, les chercheurs ont exploré l’impact de la géométrie des antennes couplées à des émetteurs spintroniques en comparant différentes conceptions d’antennes, avec des tailles optimisées via des simulations numériques. Les microstructures réalisées par lithographie ont été étudiées grâce à un montage pompe-sonde optique en configuration microscopique pour pouvoir adresser l’émission térahertz des émetteurs uniques.
Ces résultats s’inscrivent dans les études des émetteurs haute fréquence avec une consommation d’énergie réduite, et permettront à terme la miniaturisation et l’intégration dans les futurs dispositifs de télécommunication à haute fréquence.
Co-auteurs : Matthias Pacé, Oleksandr Kovalenko, José Solano, Michel Hehn ,Matthieu Bailleul, Mircea Vomir
