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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée de l’article E1000 intitulé « Introduction aux hyperfréquences », rédigé par François Gautier et paru en 2005.
RÉSUMÉ
Après un rappel des paramètres clés du domaine hyperfréquence, cet article a pour objectifs d’extraire les grandes tendances et les ruptures technologiques apparues depuis 2010 dans le domaine des hyperfréquences. Ces deux aspects sont associées principalement à l’émergence de plusieurs champs de recherche et développement structurants, à savoir, l’émergence des nanotechnologies et des nanomatériaux tels que les matériaux mono- et bi-dimensionnels, la réalisation de métamatériaux, l’émergence de l’électronique de spin dans le domaine hyperfréquence, la maturité des matériaux supraconducteurs, la montée en fréquences vers le domaine du Térahertz et le domaine de la modélisation multi-échelle et multi-physique.
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Jean CHAZELAS : Ex-directeur scientifique Thales Defense Mission Systems - Société ULTIMETAS - Paris, France - - Cet article est la version actualisée de l’article [E 1 000] intitulé « Introduction aux hyperfréquences », rédigé par François Gautier et paru en 2005.
INTRODUCTION
Il est généralement admis que le domaine des ondes hyperfréquences, encore appelées micro-ondes, couvre à une certaine partie du spectre des ondes électromagnétiques (EM), celle des ondes submétriques jusqu’aux ondes millimétriques, voire submillimétriques, et correspond aux bandes de fréquence de 100 MHz à 1 000 GHz, soit de 3 m à 0,3 mm.
Cependant, il est possible d'établir une autre ligne de partage avec les autres domaines de l’électronique en considérant que les conceptions et les modélisations de circuits relèvent du domaine des hyperfréquences lorsque les phénomènes de propagation et de rayonnement sont pris explicitement en compte, ce qui n’est en général pas le cas dans les autres domaines de l’électronique. Il n’y a donc pas en fait de frontière fixe entre ces domaines, l’importance de ces deux phénomènes de propagation et de rayonnement par rapport au fonctionnement du dispositif ou du système en étude servant en pratique de critère pour se placer dans le domaine des hyperfréquences ou non.
Aux fréquences plus basses, les outils d’analyse et de conception applicables au rayonnement et à la propagation sont analogues à ceux du domaine des hyperfréquences, mais s’en distinguent souvent par des spécialisations d’applications. Aux fréquences plus élevées, qui ressortent du domaine des infrarouges puis des ondes visibles, les outils de l’optique sont le plus souvent bien adaptés.
Cet article présente les principaux champs de recherche structurant l’évolution très importante du domaine des hyperfréquences, à savoir la synthèse de nouveaux nanomatériaux accompagnée de la conception et de la réalisation de matériaux électromagnétiques artificiels et l’émergence des nanotechnologies.
L'émergence des nanotechnologies a permis de redécouvrir le domaine de la supraconductivité (nouvelles fonctions issues de la réalisation de jonctions Josephson utilisant des supraconducteurs à haute température critique) et le domaine de l’optoélectronique hyperfréquence.
Le dernier paragraphe est consacré à l’identification des principales applications de ces technologies dans les domaines des composants et systèmes.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1985 par André DANZIN
- Version archivée 2 de nov. 2005 par François GAUTIER
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8. Spintronique en hyperfréquences
Ces études concernent l’utilisation d’ondes de spin (ou magnons) pour transporter et traiter les informations analogiques directement dans la bande de fréquence de la résonance ferromagnétique.
Ces études concernent la dynamique hyperfréquence induite par transfert de spin, la génération ou la détection de courants de spin par interaction spin-orbite et son utilisation en dynamique hyperfréquence, et enfin la stabilisation de nouvelles phases magnétiques de type skyrmion. Découverts en 2009, les skyrmions magnétiques sont des petits amas de spins stables de quelques nanomètres, que l’on peut manipuler pour stocker l’information. Ils suscitent un intérêt considérable pour augmenter jusqu’à sa limite ultime la densité de stockage de l’information magnétique.
Pour la première fois, des physiciens ont réussi à synchroniser deux nano-oscillateurs à transfert de spin par l’intermédiaire des courants radiofréquences émis par chacun d’entre eux et à contrôler leur rythme commun d’oscillation. Concrètement, l’Unité mixte de physique CNRS/Thales à Palaiseau et du National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) à Tsukuba au Japon a mis en évidence que les tensions générées par chacun des oscillateurs (inférieures au microvolt) étaient suffisantes pour le faire interagir avec ses proches ou lointains voisins (du nanomètre au mètre) auquel il était jusqu’à maintenant insensible. Leur rythme et leurs propriétés d’oscillation sont accordables à l’échelle du nanomètre grâce aux effets de transferts de spin et à plus longue distance de manière électrique en utilisant une ligne à retard… Une perspective à moyen ou long terme sera de contrôler ce couplage entre oscillateurs grâce à des synapses artificielles appelées des memristors.
Ces résultats ouvrent le champ de la nanoélectronique à celui de la physique non linéaire de réseaux d’oscillateurs en interaction et à ses champs applicatifs attendus dans le domaine des dispositifs radiofréquences et du bio-inspiré.
Le transport des électrons au sein d’un matériau ferromagnétique est intrinsèquement lié à une propriété quantique de l’électron : son spin. On parle alors de transport électrique dépendant du spin. Deux phénomènes majeurs en résultent qui sont à la base des mécanismes...
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Spintronique en hyperfréquences
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - BETHUNE (D.S.), KLANG (C.H.), DE VRIES (M.S.) et al - Cobalt catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. - Nature, vol. 363, p. 605-607 (1993).
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(3) - GEIM (A.K.), NOVOSELOV (K.S.) - The rise of graphene. - Nanoscience and technology : a collection of reviews from nature journals, p. 11-19.
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(5) - SCHURIG (D.), MOCK (J.J.), JUSTICE (B.J.), CUMMER (S.A.), PENDRY (J.B.), STARR (A.F.), SMITH (D.R.) - Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies. - Science 314 (5801), p. 977-980 (2006).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Projet de désignation des lettres standard pour les bandes de fréquences radar. - IEEE 521 - 2019
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