Optical command of RF nanodevices

En regard de l’exigence pour les applications futures d’une ultra-miniaturisation des composants/dispositifs couvrant du domaine RF au THz, accompagnée d’une simplification des architectures et d’une protection électromagnétique accrue, l’activité de recherche portant sur la conception, la modélisation, la simulation et la caractérisation de nano-dispositifs hyperfréquences commandés optiquement nécessite un fort approfondissement des connaissances au niveau des phénomènes physiques mis en jeu au sein des nano-matériaux, de la physique des interactions à l’échelle nanométrique, au niveau des matériaux puis des dispositifs et des nouvelles fonctions hyperfréquences.

ASPECTS NANOMATERIAUX ET NANODISPOSITIFS

Les principales thématiques sous-tendues par cette activité de recherche concernent l’exaltation des intéractions lumière/matière à fort degré de confinement comme la photoconductivité et la génération de plasmons de surface.

• Etude des propriétés électromagnétiques RF des nanomatériaux 1D et 2D type CNTs, nanofils semiconducteurs, nanostructures 2D incluant le graphène, les nanorods, la nanostructuration de semiconducteurs
• Etude de nouvelles fonctions RF, sub-mm et THz utilisant ces nanomatériaux (génération, contrôle, déphasage, mélange,..)
• Nanoantennes et antennes à nanoéléments rayonnants
• Plasmonique RF : nouvelles architectures de dispositifs RF exploitant les interactions localisées lumière-semiconducteurs
• Modélisation multi échelle/multi physique

La stratégie de recherche de cette activité s’oriente aujourd’hui vers l’exploration de nanomatériaux nouveaux carbonés (nanotubes de Carbone monoparois et graphène), ainsi que la nanostructuration de matériaux semiconducteurs III-V (cristaux photoniques, nanofils) offrant un comportement électronique et optique non linéaire exaltés par de phénomènes physiques peu communs (transport ballistique, plasmonique, rayonnement sub-longueur d’onde par exemple).
L’expertise acquise en terme de développement d’outils de conception de circuits intégrés hyperfréquences à commande optique ultrarapide et de modèles électriques de phénomènes physiques non linéaires directement intégrable dans des logiciels de simulations microondes de type circuit et système, ainsi qu’en terme de caractérisation sous pointes opto-hyperfréquence ultrarapide subpicoseconde est étendue à la mise au point d’outils de modélisation et de caractérisation très haute fréquence multi-échelle et multiphysique. Grâce à ces outils, il est possible de d’effectuer une analyse comportementale de ces matériaux nouveaux au sein de circuits actifs (transistors, diodes, mélangeurs, multiplexeurs) et passifs (filtres, déphaseurs, coupleurs, circulateurs par exemple), ainsi que de valider leur éligibilité dans des bande de fréquences allant des microondes au Terahertz.

ASPECTS DISPOSITIFS ET FONCTIONS RECONFIGURABLES OPTIQUEMENT

D’ores et déjà, cette activité de recherche a permis la démonstration expérimentale de fonctions RF par contrôle optique comme la commutation d’amplitude et de phase, l’amplification, l’échantillonnage et la génération de signaux RF grâce à la proposition de ruptures technologiques au niveau matériau. Aujourd’hui, elle s’oriente également vers la définition de nouvelles architectures de métamatériaux , notamment vers la validation d’un nouveau concept de photo inscription directe d’éléments localisés permettant la mise en œuvre d’un méta-matériaux intégré dans un circuit RF démontrant une fonction de transfert reconfigurable dynamiquement. Ce projet de recherche s’appuie sur la compréhension des phénomènes physiques entrant pour la réalisation d’inductances et de capacités photo-induites et la potentialité de la commande optique à réaliser des motifs périodiques photo-inscriptibles, en vue de la création de méta-matériaux RF photo-induits dynamiquement.

Projets de recherche associés à cette thématique :