Mathieu MIVELLEPhysique
Mathieu Mivelle est chargé de recherche CNRS à l’Institut des nanosciences de Paris (INSP), dans l’équipe « Nanostructures et optique ». Depuis sa thèse, réalisée à l’institut Femto-ST de Besançon, Mathieu Mivelle s’est spécialisé dans la manipulation de la lumière à des échelles nanométriques. Cette manipulation est rendue possible en nanostructurant la matière à ces dimensions grâce à des techniques de nanolithographie, créant ce que l’on appelle des nanoantennes optiques. Ces nanostructures résonnantes lui ont permis par exemple, durant un postdoctorat effectué à l’institut ICFO de Barcelone, d’exalter le couplage entre la lumière et des émetteurs quantiques uniques, dans le but d’étudier des cellules vivantes à l’échelle moléculaire sur lesquelles ces émetteurs avaient été placés.
Depuis son recrutement au CNRS, Mathieu Mivelle a concentré sa recherche sur l’utilisation de nanoantennes, avec pour objectif de faire interagir la partie magnétique de la lumière avec la matière. Interaction qui était jusqu’alors considérée comme infinitésimale, mais que Mathieu Mivelle a pu révéler par l’utilisation de nanotechnologies optiques.
En 2020, il est lauréat d’un financement ANR JCJC qui a pour objectif de créer des nanoaimants uniquement avec de la lumière via des nanostructures optiques.
Projet MAGNETS
Les champs magnétiques sont à la base d'innombrables technologies et de recherches scientifiques. Ils vont du stockage de données, de l'imagerie par résonance magnétique (IRM), de la physique des spins aux actionneurs magnétiques. Toutes ces applications utilisent des champs magnétiques de magnitudes variées, produits à différentes échelles temporelles et spatiales. Par exemple, ils peuvent être de l'ordre du Tesla (T) et de la taille d'un mètre, comme dans une IRM, ou de l'ordre du Tesla et de la taille du nanomètre, comme dans la tête d'écriture d'un disque dur. Leur dynamique est une autre caractéristique importante et peut être aussi différente que des milliers d'années comme dans les événements géologiques (tels que l'inversion des pôles magnétiques terrestres), jusqu'au régime femtoseconde associé à l'interaction d'échange entre les spins.
La grande majorité des champs magnétiques que nous utilisons dans notre vie quotidienne dans un large éventail d'applications technologiques sont générés par des courants continus créés à partir de différences de potentiel électrique. Cette approche présente des limites inhérentes. Par exemple, les défis technologiques liés à leur résistance et en particulier à la latence des circuits électriques ont empêché le développement d'impulsions de champ magnétique intenses et inférieures à la picoseconde. Dans ces conditions, les impulsions de champs magnétiques les plus courtes se situent dans les cas les plus avancés dans la gamme de quelques picosecondes. Pour obtenir une capacité de stockage de données à haut débit ou, plus fondamentalement, pour avoir un aperçu des phénomènes de magnétisme ultra-rapide et transitoire, des impulsions magnétiques courtes et intenses de quelques femtosecondes seulement sont cependant nécessaires. Jusqu'à présent, aucune approche technique n'existe pour créer des impulsions magnétiques aussi intenses et ultra-rapides.
À l'interface entre la nanophotonique et le nanomagnétisme, l'objectif de ce projet de recherche est de développer un nouveau domaine de recherche en étendant le concept de nanostructures optiques vers la création de puissants champs magnétiques. Ces champs seront générés optiquement, inversés sur demande, de quelques nanomètres en taille, de l’ordre du Tesla et potentiellement à n'importe quelle échelle de temps.
Pour atteindre ces objectifs, ce programme de recherche proposera des nanostructures photoniques innovantes, conçues par un algorithme génétique d’apprentissage automatique, pour manipuler les interactions lumière-matière à l'échelle nanométrique. Dans les bonnes conditions d’illumination, et tout comme lorsqu'une tension est appliquée à une bobine, les champs électromagnétiques générés par la structure génétiquement conçue mettent en mouvement de manière continue les électrons d'un métal, générant à son tour un intense champ magnétique statique.
En créant et en manipulant spécifiquement des champs magnétiques élevés uniquement avec de la lumière, ce programme de recherche représente un nouveau paradigme dans la compréhension fondamentale des interactions entre la lumière et la matière, ainsi qu’entre les champs magnétiques et la matière. Ce projet ouvrira dès lors des horizons entièrement nouveaux dans des domaines de recherche aussi divers que la manipulation du spin électronique, la précession du spin, en améliorant la capacité à contrôler l'accélération des particules chargées dans les études d'interaction laser-plasma ou de nano-IRM. Plus important encore, les applications technologiques directes dans le domaine du stockage des données seront possibles puisque la nanophotonique est déjà entrée dans le monde du stockage de l'information.