Fort couplage photon-magnon d'échantillons ferromagnétiques dans des cavités hyperfréquences : Application aux réseaux de nanofils ferromagnétiques

Le phénomène de fort couplage photon-magnon dans les systèmes constitués d'un échantillon ferromagnétique placé dans une cavité hyperfréquences a connu un intérêt scientifique marqué au cours des dernières années. Ce domaine émergent, portant le nom d'électromagnonique de cavité, offre des promesses très intéressantes au niveau du traitement de l'information quantique, particulièrement pour l'établissement de réseaux quantiques en permettant la conversion cohérente bidirectionnelle d'un photon micro-ondes vers un photon optique. Ce domaine représente également un terrain d'étude vaste pour les systèmes quantiques hybrides, car il a été démontré qu'il était possible de former des systèmes cohérents triplement résonants, par exemple en couplant le système photon-magnon à un phonon, à un qubit supraconducteur ou à un photon optique. Ces systèmes ont donné naissance aux nouveaux domaines connus sous les noms de magnomécanique de cavité, de magnonique quantique et d'optomagnonique de cavité, respectivement. Ces systèmes quantiques hybrides ont un avenir prometteur pour le développement de nouvelles technologies basées sur le transfert cohérent de l'information quantique. Dans cette thèse, nous nous intéressons au phénomène de fort couplage photon-magnon dans les réseaux de nanofils ferromagnétiques. Ces matériaux effectifs, à eux seuls, présentent un fort intérêt technologique puisque leurs propriétés électriques et magnétiques peuvent être conçues avec une grande flexibilité par la modification de leurs paramètres géométriques et par la modification de l'anisotropie des fils les constituant. Ces réseaux de nanofils font donc l'objet de plusieurs investigations visant à les employer dans des dispositifs micro-ondes, tels que des isolateurs multibandes. Ils font également partie de la famille des cristaux magnoniques, dont l'ingénierie des relations de dispersion pourrait permettre le développement d'un nouveau type de traitement de l'information basé sur les ondes de spin. Le Laboratoire de magnétisme de Polytechnique Montréal, où la majorité des travaux contenus dans cette thèse a pris place, possède depuis plusieurs années une expertise dans la fabrication et la caractérisation des réseaux de nanofils ferromagnétiques et c'est cette expertise qui nous a lancé sur la voie d'étude empruntée dans cet ouvrage. En particulier, des expériences de résonance ferromagnétique effectuées dans la plage de fréquences allant de 50 GHz à 75 GHz peu de temps avant le début de nos travaux ont mis en évidence des phénomènes de couplage inattendus et inexpliqués. Nous avons formulé l'hypothèse que ces phénomènes de couplage proviennent d'un couplage du mode de résonance ferromagnétique avec un mode photonique.