Description du sujet de thèse

Les ondes électromagnétiques dans la gamme de fréquences de 300 GHz à 30 THz ont diverses applications pour l'imagerie, la santé ou la communication à haute vitesse. Cependant, des émetteurs et des détecteurs pratiques manquent encore dans cette gamme de fréquence, connue sous le nom de gap THz. Les dispositifs existants sont principalement basés sur des semi-conducteurs et ont des performances limitées. L'utilisation de nouveaux mécanismes physiques, ne reposant pas sur des structures à semi-conducteurs, semble être une voie possible pour le développement futur du domaine de la physique THz. Dans ce contexte, les technologies basées sur la spintronique apparaissent particulièrement prometteuses. La découverte des émetteurs THz spintroniques montre qu'il est possible de surpasser les sources THz à semi-conducteurs pilotées par laser en utilisant un schéma d'émission différent, basé sur le spin. Cette découverte a conduit au développement sans précédent de la spintronique THz [1]. Cependant, ces travaux sont principalement axés sur l'émission et il existe un besoin clair pour des schémas efficaces de détection THz. Dans ce projet de doctorat, nous proposons d'utiliser la résonance antiferromagnétique [2] pour la détection spintronique THz.
L’institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS) possède une expertise de plus de vingt ans dans le domaine du magnétisme ultra rapide et de la spintronique au sein du département d’optique ultra-rapide et nanophotique et du département de magnétisme des objets nanostructurés [3, 4]. Il dispose de plusieurs bancs de mesures dédiés à la détection et à l’émission THz.
Les matériaux antiferromagnétiques ont leur mode de résonance dans la gamme THz, en raison de la forte interaction d'échange entre leurs sous-réseaux magnétiques. Dans cette thèse, nous proposons de concevoir et d'utiliser un nouveau schéma de détection consistant à intégrer le matériau antiferromagnétique dans une structure d'antenne à l'échelle micrométrique [4] afin de concentrer le champ THz et d'accéder à la résonance antiferromagnétique à une échelle réduite. De plus, nous tirerons parti de l'effet Hall de spin inverse se produisant dans une couche de métal lourd adjacente à l'antiferromagnétique pour détecter le courant de spin généré à la résonance [2].
L'objectif de cette thèse est d'étudier expérimentalement la résonance antiferromagnétique dans des microstructures. Le projet comprend des travaux de conception et de simulation visant à optimiser le confinement THz. Dans un second temps, les dispositifs les plus prometteurs seront fabriqués sur des systèmes antiferromagnétiques sélectionnés en utilisant les installations de salle blanche (STnano). Les structures seront ensuite caractérisées à l'aide d'un montage optique résolu en temps et d'une plateforme THz à onde continue (0-1,2 THz). Au cours de la thèse, un séjour à SPINTEC (Spintronique et technologie des composants) et au LNCMI (Laboratoire National des champs magnétiques intenses) à Grenoble aura pour but d'adapter la conception pour des mesures dans un montage THz à for champ disponible au LNCMI [5].
Sélection de publications sur le sujet : [1] T. Seifert et al. Nature Photonics 10, 483 (2016), [2] P. Vaidya et al. Science 368, 160 (2020), [3] E. Beaurepaire et al. Phys. Rev. Lett. 76, 4250 (1996) [4] M. Pacé et al. APL Mater. 12, 051113 (2024) (2024), [5] S R. Lebrun et al. Nature Communications 11, 6332 (2020)
Cette thèse est financée par le PEPR SPIN, un grand programme national impliquant tous les laboratoires de spintronique en France au sein du projet TOAST (technologie THz basée sur le spin).
Nous recherchons un candidat motivé avec des connaissances solides en physique de la matière condensée intéressé par la physique expérimentale et plus particulièrement le magnétisme. Le candidat doit savoir travailler en équipe et partager ses travaux en français et en anglais.

Contexte de travail

L’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS, UMR 7504) est une unité mixte CNRS – Université de Strasbourg. Cet institut pluridisciplinaire est dédié à la science des matériaux et couvre des aspects variés de la synthèse à l’étude des phénomènes physiques dans les domaines de l’énergie, la photonique, la santé et l’environnement (https://www.ipcms.fr). Le(la) doctorant(e) intégrera l’équipe spintronique fondamentale, une équipe constituée de 6 chercheurs permanents travaillant dans le domaine des nanostructures magnétiques, de la résonance ferromagnétique, de la magnonique. Il (elle) travaillera en collaboration avec l’équipe femtomagnétisme et dynamique de spin, spécialisée dans le magnétisme ultrarapide. Le(la) doctorant(e) interagira tout particulièrement avec les Dr. Paul Noël et Dr. Matthieu Bailleul de l’équipe spintronique fondamentale et le Dr. Mircea Vomir de l’équipe Femtomagnétisme et dynamique de spin.

L’équipe est impliquée dans une collaboration nationale au sein du PEPR spin et en particulier le projet TOAST donc l’objectif est de développer une technologie THz basée sur le spin.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.



Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Conditions de sécurité spécifiques liées à l’utilisation de lasers de classe IV.

Informations complémentaires

Le contrat doctoral d’une durée de 3 ans débutera en octobre 2024. Les candidats motivés, inscrits pour obtenir un Master en physique, sont invités à envoyer leur CV, une lettre de motivation et leurs relevés de notes par e-mail à Paul Noël (paul.noel@ipcms.unistra.fr) et Matthieu Bailleul (matthieu.bailleul@ipcms.unistra.fr).