Dans le domaine des technologies de communication sans fil, des filtres frontaux sont placés entre l’antenne et le circuit de traitement du signal pour sélectionner la bande spectrale de fonctionnement. Ces filtres utilisent la lente propagation des ondes sonores dans un cristal pour permettre d’obtenir cette fonction dans un design compact. L’obtention d’une propagation unidirectionnelle au sein de ces dispositifs ouvrirait de nouvelles perspectives fonctionnelles, par exemple par le routage sélectif du signal. Il est bien établi que les matériaux magnétiques brisent intrinsèquement la symétrie de renversement temporel. Une solution étudiée par les chercheurs serait d’associer un film mince magnétique à un substrat piézoélectrique. En effet, les ondes élastiques à la surface du cristal se coupleraient avec la dynamique de l’aimantation du film mince afin de leur conférer la propriété de non-réciprocité.
Dans ce travail, une équipe du CEA-Irig/SPINTEC a participé à la réalisation d’un isolateur acoustique à ondes de surface (SAW) opérant à température ambiante, en intégrant un film mince de grenat ferrimagnétique d’yttrium-fer (Y3Fe5O12, YIG) sur un substrat piézoélectrique de niobate de lithium (cf. Figure). Le choix du YIG, un matériau ayant un très faible amortissement magnétique et acoustique, permet un couplage fort entre les ondes magnétiques et sonores.
Les analyses des spectres d’absorption montrent plusieurs pics correspondant à des modes d’ondes de spin perpendiculaire stationnaire. Ces modes présentent le forte non-réciprocité recherchée lorsque la direction de propagation de l’onde acoustique est inversée.
Figure :
Filtre à ondes acoustiques de surface (SAW) : deux transducteurs interdigités (IDT1 et IDT2) génèrent des ondes élastiques de surface dans un cristal piézoélectrique, qui interagissent ensuite avec un film mince de grenat magnétique déposé sur la même surface.
Ces résultats démontrent que les dispositifs intégrés YIG–SAW constituent une plateforme efficace pour le transport acoustique non réciproque. Ils ouvrent ainsi la voie à une nouvelle génération de matériaux diélectriques hybrides combinant piézoélectricité et ferromagnétisme.
Collaboration
RIKEN et ISSP (Institute for Solid State Physics) de l’Université de Tokyo (JP)
Financements
Q-SPIN chaire d’excellence LANEF portée avec le Prof. YoshiChika Otani