Thèse des États de Bloch dans les Matériaux aux États Magnoniques de Foquet H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Thibaut DEVOLDER ORCID 0000000179980993 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-20T23:59:59 Le théorème de Bloch stipule que les solutions de l'équation de Schrödinger dans un potentiel spatialement périodique peuvent être exprimées sous la forme d'ondes planes modulées par une fonction spatialement périodique. La périodicité spatiale des cristaux est à l'origine de la multitude d'effets responsables de la diversité des propriétés des matériaux de la matière condensée (bandes interdites, structure de bande, masse effective...).
L'excitation périodique dans le temps des systèmes à plusieurs corps constitue un outil puissant pour adapter dynamiquement les propriétés des matériaux. Les « états de Floquet » qui en résultent, analogues temporels des états de Bloch apparaissant dans un cristal, peuvent présenter des bandes interdites modifiées ou des caractéristiques topologiquement non triviales qui n'existent pas à l'équilibre.

Tout comme le théorème de Bloch a permis, au cours des cinquante dernières années, de comprendre et de concevoir les propriétés des matériaux à l'état solide, l'ingénierie de Floquet commence à offrir une nouvelle approche pour concevoir une matière artificielle.

dotée de propriétés inaccessibles dans les matériaux conventionnels invariants dans le temps.


Nous avons récemment démontré que l'exploitation des interactions non linéaires entre les modes propres d'un système nanomagnétique constitue un moyen efficace de créer un contexte de Floquet. Cela nécessite un bain de quasi-particules qui peuvent facilement être amenées dans des régimes non linéaires et qui subissent des interactions fréquentes ;

Les antiferromagnétiques synthétiques se prêtent particulièrement bien à l'obtention d'états de Floquet auto-induits. Le mécanisme de couplage non linéaire entre les modes propres est le dédoublement à trois magnons (3MS). Il s'agit de l'interaction magnon-magnon non linéaire d'ordre le plus bas, dans laquelle un magnon initial à haute fréquence se dédouble en deux nouveaux magnons de fréquences plus basses. Ce projet de thèse a pour objectif d'étudier ces phénomènes physiques à l'aide d'une approche combinant expérience et théorie. L'objectif technique consistera à personnaliser des états de Floquet dotés de quasi-énergies réglables et à concevoir des peignes de fréquences accordables.

Outre l'apprentissage pratique de la nanofabrication, le doctorant devra se familiariser avec les techniques avancées de mesure des micro-ondes à l'aide de méthodes optiques et électriques, ainsi qu'avec l'analyse temps-fréquence, les simulations micromagnétiques et la théorie. Compte tenu du caractère international du groupe, le doctorant doit maîtriser l'anglais.
CMOS technology through transistor scaling has been the main driver for the huge productivity growth registered over the past
50 years. However, this is approaching its physical limits and new devices are being investigated to continue the performance scaling. To
complement the transistor, many devices have been proposed and are currently at varying levels of maturity. Devices with magnons (i.e.
the propagating waves formed by collective spin excitations in magnetic materials) as a state variable are among the most promising
concepts for quasiparticle-based computing. We plan to study how magnetic oscillations can be frequency-tailored using Floquet strategies, i.e. by modulating the ground state in a periodic manner. This can be done either by an external stimulus or by virtues of the non-linear interactions inside the spin wave manifold. In addition to the practical learning of nanofabrication, the intern will have to learn about advanded microwave electrical measurements
(Vector Network Analyzer, Arbitrary waveform generators, high bandwidth oscilloscopes) as well as time-frequency analysis and
micromagnetic simulations. Because of the international character of the group, the student must be confortable with the English
language.