This thesis deals with the analysis and solution source for carrier frequency generator for portable radar signal simulator. This simulator is tunable in the frequency range from 2 GHz to 18 GHz and as it´s frequency source generator is used YIG oscillator for its very high frequency realignment. Simulator provides output power up to 1W on the SMA connector which can be connect to internal antenna by using jumper cable. To achieve this output power will be used by semiconductor amplifier.

Optimisation d’un isolateur coplanaire à déplacement de champ et ondes magnétostatiques opérant en bande X. Résumé en français non fourni / Optimization of an isolator coplanar field displacement and waves magnetostatic operating in X-band. English abstract not supplied

Le développement des dispositifs embarqués visant des applications telles que la téléphonie mobile, l’avionique ou encore les véhicules électriques est en très forte croissance. Les contraintes liées à ces applications sont principalement la réduction du volume, du poids, et ainsi que le coût de production des composants actifs et passifs. C’est ainsi que le Laboratoire Telecom Claude Chappe de l’Université Jean Monnet de Saint Etienne, s’est positionné sur le développement de composants passifs magnétiques dans le but de réduire leur dimension tout en optimisant leur performance. Ce travail de doctorat avait pour but de développer des modèles « type circuit » comportant peu de paramètres pour des composants inductances planaires à couches magnétiques. Les modèles développés doivent prendre en compte les propriétés des couches magnétiques, à savoir la tangente de perte (tanδ) et la perméabilité relative (μr) en fonction de la fréquence, ainsi que les phénomènes haute fréquence : effets de peau et de proximité dans les conducteurs d’une part, couplage capacitif entre spire et entre spires et plan de masse d’autre part. L’étude bibliographique a montré qu’il existe plusieurs modèles d’inductances, avec et sans couche de matériau magnétique. Ces modèles traduisent bien le comportement de l’inductance, mais ne prennent pas en compte certaines propriétés telles que l’évolution de la perméabilité relative et de la tangente de perte en fonction de la fréquence. La simulation nous a permis de mettre au point nos modèles. Nous avons simulé des structures à air, avec une couche de YIG dont la perméabilité relative variait en fonction de la fréquence (avec et sans perte) et enfin des structures à deux couches avec une perméabilité relative et une tangente de perte variable en fonction de la fréquence. Le logiciel nous a également permis de vérifier ainsi le bon comportement des modèles. Afin de valider et de compléter les résultats obtenus en simulation nous avons réalisé les mêmes dispositifs que ceux simulés en utilisant les techniques de micro-électronique. La caractérisation des dispositifs réalisés a été conduite en basse fréquence à l’aide d’un LCRmétre et en haute fréquence à l’aide d’un analyseur vectoriel de réseaux. Les paramètres des modèles ont été obtenus à partir de la simulation ou de la mesure en utilisant un programme d’optimisation. Afin de vérifier l’exactitude des valeurs obtenues, nous avons recalculé les paramètres Yij à partir des éléments extraits et les avons comparés avec les paramètres Yij de mesures ou de simulation. Une bonne corrélation entre les différents paramètres Yij a été constatée sur une large bande de fréquence. Ce travail de thèse a permis de mettre au point trois modèles : modèle d’inductance à air ; modèle d’inductance à une couche et à deux couches tout en prenant en compte les propriétés magnétiques constituant l’inductance / The development of embarked devices used in mobile phone, avionics or electrical vehicles is in very strong growth. Constraints connected to these applications are mainly the reduction of volume, weight and as well as the production cost of the active and passive components. So, Telecom Claude Chappe Laboratory of the Saint Etienne University is positioned on the development of magnetic passive components with the aim of reducing their size while optimizing their performance. This PhD thesis work aimed at developing models "like circuit" containing few parameters for planar inductor components with magnetic layers. The developed models must take into account the magnetic layer properties, as the loss tangent (tanδ) and the relative permeability (μr) according to the frequency, as well as the skin and proximity effects in the conductors, capacity between turn and capacities between turns and ground plan. The bibliographical study showed that there are several inductors models with and without magnetic layer. These models translate well the inductor behavior but do not take into account some properties such as the variation of the loss tangent and the magnetic permeability according to the frequency. The simulation allowed to work out our models. Inductors structures with air, with one magnetic layer and with two magnetic layers when the magnetic permeability and the loss tangent varied according to the frequency have been simulated. The software allowed to verify the good behavior of the models. In order to validate results obtainedin simulation, devices have been realized by using microelectronics techniques. The devices characterization has been carried out at lower frequency by using an LCRmeter and at high frequency by using a vector network analyzer. The model parameters are obtained from simulation and measurement by using an optimization algorithm. To verify the values accuracy, Yij parameters are been recalculated from the extracted parameters and compared with the Yij simulated or measured parameters. A good correlation between everyYij parameters has been noticed on a broad band frequency. This PhD thesis allowed to work out three inductors models: with air, with one magnetic layer, with two magnetic layers while taking into account the magnetic properties constituting the inductor

L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier les possibilités d’excitation, de propagation et de détection d’ondes de spin dans des couches ultraminces de Y₃Fe₅O₁₂(YIG). Pour ce faire, nous proposons d’accéder à la dynamique d’aimantation du YIG à travers l’exploitation de phénomènes de transport électronique polarisé en spin liés aux effets Hall de spin (SHE) existant au sein de métaux normaux (MN) présentant un fort couplage spin-orbite.Nous avons pour cela fait croître, par ablation laser pulsée, des films de YIG épitaxiés d’épaisseur nanométrique. En effet, le fait de pouvoir disposer de films magnétiques ultraminces est nécessaire pour ouvrir le champ d’étude du YIG à la lithographie et aux techniques de micro-fabrications de la micro-électronique en vue notamment d’applications magnoniques.L’étude de la dynamique d’aimantation de ces couches magnétiques par résonance ferromagnétique (FMR) nous a permis de quantifier la constante d’amortissement magnétique de Gilbert pour ces films. Pour les meilleurs films ayant une épaisseur de 20 nm celle-ci est de de 2*10^-4, soit une valeur comparable avec celle des films de YIG d’épaisseur micrométrique obtenus par la technique standard d’épitaxie en phase liquide et seulement un ordre de grandeur supérieure à l’amortissement du YIG massif (a=3*10^-5). Nous avons pu montrer par des mesures inductives à l’analyseur de réseau que les ondes de spin pouvaient se propager dans de tels films sur plusieurs centaines de microns, ce résultat valide la pertinence de l’emploi de couches de YIG de 20 nm d’épaisseur pour des applications magnoniques.Afin de procéder à des mesures de détection/excitation d’ondes de spin par exploitation du SHE, nous avons déposé différents métaux (Pt, Pd, CuBi) sur nos films de YIG, formant ainsi des bicouches YIG|MN. Nous avons mis en évidence la détection non locale d’ondes de spin due aux phénomènes d’effet Hall de spin inverse dans le MN et de pompage de spin dont nous avons caractérisé le paramètre de mixing conductance g à partir d’analyse de résonance ferromagnétique.Afin d’apporter un élément de réponse sur l’origine d’effets de la magnétorésistance observés dans des bicouches YIG|MN, origine intrinsèque ou extrinsèque (induite par une polarisation magnétique du MN), nous avons effectué des mesures de dichroïsme magnétique circulaire de rayons X au niveau du seuil K du Pd dans des bicouches YIG|Pd. Ces mesures indiquent l’absence de moments magnétiques induits par le YIG dans le Pd avec un seuil de détection estimé à 10^-5µB/atome. Ce résultat, associé à des mesures de magnétotransport réalisées sur les mêmes échantillons, nous a permis de montrer que le pompage de spin entre un isolant ferromagnétique et un métal non magnétique, permettait seul (sans effets de proximité magnétique) d’expliquer les effets de magnétorésistance d’effet Hall de spin observés dans ces bicouches.Nous avons étudié la dynamique d’aimantation de nanodisques de YIG et YIG|MN par microscopie à force de résonance magnétique. Cette étude a permis de montrer que la nanostructuration de ces films ne dégrade pas les paramètres a et g et permet même, grâce au confinement géométrique des modes propres de résonance, d’annuler la contribution inhomogène (DH0) à largeur de raie.Finalement, à partir de l’injection dans le MN d’un courant électrique continu, nous avons mis en évidence la possibilité de modifier (augmenter/diminuer) la largeur de raie du mode FMR d’un microdisque de YIG|MN, exploitant ainsi le couple de transfert de spin d’un courant de spin créé dans le MN par effet de Hall de spin direct. Passé une valeur critique de courant, nous avons pu activer (en l’absence d’excitation RF) un régime d’auto oscillations de l’aimantation du YIG. Ce dernier résultat qui confirme la possibilité d’exciter la dynamique d’aimantation dans le YIG par un couple de transfert de spin est très prometteur pour l’intégration des dispositifs magnoniques au sein de circuits électroniques. / The aim of this thesis is to study the excitation, the propagation and the detection of spin waves into ultrathin Y₃Fe₅O₁₂ (YIG) films. Our approach consists in interacting with the YIG magnetization dynamics thanks to spin polarized electronic transport phenomena related to spin Hall effect (SHE) that occurs within normal metals (NM) which have a large spin orbit coupling.To do so, we first grew epitaxially, by pulsed laser deposition, nanometer thick YIG films. Having ultrathin magnetic films is indeed necessary to be able to use lithography and microfabrication technics in order to develop magnonic devices.Studying these films by ferromagnetic resonance (FMR) allowed us to quantify the Gilbert magnetic damping constant, which is down to 2∙〖10〗^(-4) for the best 20 nm thick films. This value is comparable to which is reported for micrometer thick YIG films grown by liquid phase epitaxy and is only one order of magnitude higher than the bulk YIG damping (α = 3∙〖10〗^(-5)). Inductive measurements performed with a vectorial network analyzer show that spin waves can propagate over hundreds microns through such thin films. The suitability of 20 nm thick YIG films for magnonic applications is therefore confirmed by this result.In order to detect/excite spinwave by exploiting SHE, we have deposited different metals (Pt, Pd, CuBi) on our YIG films, thus obtaining YIG|NM bilayers. We have performed a nonlocal detection of spin waves based on inverse SHE and spin pumping phenomena. From the FMR analysis, we also measured the spin mixing conductance g_(↑↓) that quantify the efficiency of spin pumping.To answer the question of the origin of magnetoresistance observed into YIG|NM bilayers, intrinsic or extrinsic origin (ie. induced by the magnetic polarization of the NM), we have measured the X-ray magnetic circular dichroism of YIG|Pd bilayers at the K-edge of Pd. These measurements do not show any induced magnetic moment for YIG to Pt for a resolution of 〖10〗^(-5) μ_B/atom. Combining this result with magnetotransport measurements performed on the same samples, allowed us to show that the spin pumping between a ferromagnetic insulator and a nonmagnetic metal could explain (without any magnetic proximity effects) spin Hall magnetoresistance effects observed into these bilayers.We studied the magnetization dynamics of YIG and YIG|NM nanodisks by magnetic resonance force microscopy. This study has shown that the nanostructuration performed on these films doesn’t affect such parameters as α and g_(↑↓), the geometrical confinement even leads to suppress the linewidth inhomogeneous broadening (ΔH_0).Then, we injected a continuous electrical current through the NM. Using the spin transfer torque of the spin current thus created into the NM by direct spin Hall effect, it allowed us to modified (increased/decreased) the FMR mode’s linewidth of a YIG|NM microdisk. After reaching a critical current, we managed to enable (without any RF excitation) a regime of magnetization auto-oscillations into the YIG. This last result, which confirms the ability of exciting the YIG magnetization dynamics by spin transfer torque, is very promising for the integration of magnonic devices into electronic circuits.

Cette thèse porte sur l’étude de la génération, la propagation et la détection d’ondes de spin dans des nanostructures et microstructures élaborées à partir de couches ultra-minces (quelques nanomètres d’épaisseur) de Y₃Fe₅O₁₂ (YIG). Ce travail se trouve à l’interface entre deux thématiques du magnétisme : la magnonique et la spintronique. Grâce aux effets spin-orbite dans des microstrutures YIG|Pt, il a été possible d’étudier et de manipuler la dynamique d’aimantation du YIG, un matériau utilisé de longues dates sous forme de films épais ou billes pour ses très faibles pertes magnétiques. Ce travail ouvre la voie au développement de circuits magnoniques submicroniques soit pour le traitement des signaux hyperfréquences pour les applications télécom soit pour la réalisation de circuits logiques dans la perspective du remplacement de la technologie CMOS (beyond-CMOS). Ce travail repose sur une expertise dans la croissance de films de YIG développée au laboratoire. Les couches ultra-minces de YIG ont été élaborées par ablation laser pulsée. Pour les meilleurs films ayant une épaisseur de 20 nm, la constante d’amortissement de Gilbert caractérisant les pertes des films, estimée par résonance ferromagnétique, est typiquement de α=3x10⁻ 4. Cette avancée cruciale sur l’aspect matériau a ouvert au début de ma thèse un champ de possibilités pour la réalisation et l’étude de dispositifs magnoniques. En effet, la diminution des épaisseurs a permis d’ouvrir le YIG au domaine de la micro/nanofabrication, levant ainsi un verrou technologique vieux de plusieurs décennies. Nous avons donc pu montrer par des mesures inductives et optiques que la propagation d’ondes de spin dans des guides d’onde de YIG de 20 nm d’épaisseur pouvait être faite sur plusieurs dizaines de microns. Prouvant que la structuration des films de YIG n’altère pas la propagation des ondes de spin ouvrant la voie vers la réalisation de circuits magnoniques plus complexes. En structurant ces films de YIG pour obtenir des cristaux magnoniques, il est possible de générer une modulation spatiale du potentiel vu par les ondes de spin, se traduisant par l’apparition de bande interdite (ou gap) dans la transmittance de fréquences. L’étude de la propagation des ondes de spin dans un cristal a montré l’apparition d’un gap par des mesures BLS, accompagnée par une augmentation de l’atténuation pour la longueur d’onde de Bragg. Pour la première fois dans des films ultra-minces de YIG, ce gap montre la possibilité de réaliser une fonctionnalité de filtrage fréquentiel. La preuve de concept a été validée pour un cristal magnonique adapté pour l’intégration à des dispositifs magnoniques. Afin de manipuler et exciter la dynamique d’aimantation du YIG, nous avons dans une deuxième partie réalisée des microstructures à base de bicouche YIG|Pt. L’injection d’un courant électrique dans le Pt donne naissance, grâce à l’effet Hall de spin, à une accumulation de spin qui se couple à l’interface avec l’aimantation du YIG et permet ainsi d’exercer un couple de transfert de spin (STT) et de générer une dynamique d’aimantation du YIG. Nous avons mis en évidence la modulation d’un facteur cinq de la longueur d’atténuation des ondes de spin se propageant dans une piste YIG|Pt grâce à l’amplification des ondes de spin par STT. Ce contrôle efficace de l’atténuation s’avère très intéressant pour le transport d’information porté par les ondes de spin, afin d’amplifier ou supprimer les ondes de spin et donc sélectionner l’information transmise. Par ailleurs, au-delà d’un courant critique d’injection, nous avons pu observer des auto-oscillations de l’aimantation du YIG à la fois dans des plots ou des pistes. Ce résultat confirme la possibilité d’exciter électriquement la dynamique d’aimantation du YIG par STT. Une étude rigoureuse de ce régime a été effectuée dans des microdisques YIG|Pt pour déterminer le comportement des auto-oscillations et imager les modes d’ondes de spin excités dans le YIG. / The aim of this thesis is to study the generation, propagation and detection of spin waves in nanostructures and microstrutures based on ultrathin (a few nanometers thickness) Y₃Fe₅O₁₂ (YIG) films. This work is at the interface between two fields of magnetism: magnonics and spintronics. Thanks to spin-orbit effects in YIG|Pt microstructures, it has been possible to study and manipulate YIG magnetization dynamic, a material known and used for a long time as thick films or spheres due to its very low magnetic losses. This work opens the path towards the development of submicronic magnonic circuits either for processing radiofrequency signals of for the realization of spin waves logic devices for a future beyond-CMOS technology. Prior to the present work, a significant efforts have been made in the lab to grow epitaxial nanometer thick YIG films by pulsed laser deposition (PLD). It was possible to reduce the film thickness down to a few nanometers while preserving excellent magnetic properties. For the best YIG films having a thickness of 20 nm, ferromagnetic resonance measurements yield a Gilbert magnetic damping of α=3x10⁻ 4 . This value is comparable to micrometer thick YIG films grown by liquid phase epitaxy (LPE). This important step forward on the material aspect opened new possibilities for the realization of magnonic devices that can have a large impact on the ICT industry. Indeed, microfabrication of YIG is now possible thanks to the advent of high quality nanometer thick YIG films. Thus, we have observed the propagation of spin waves in 20-nm thick, 2.5 µm wide YIG waveguides over large distances using inductive and optical detection. Spin-wave propagation characteristics are not affected by microstructuration opening the path to the reliable design of complex magnonic circuits.By structuring YIG films to obtain magnonic crystals, it is possible to generate spatial modulation of the potential seen by spin waves, resulting in the appearance of gaps in the transmittance in frequency. To do so, magnonic crystals implemented in form of microscopic waveguides whose width is periodically varied, were fabricated. The study of spin-wave propagation showed the appearance of a gap accompanied by an increase of the spin-wave attenuation length due to Bragg reflection. For the first time in ultrathin YIG films, this gap shows the possibility to realize radiofrequency filtering. In order to manipulate and excite YIG magnetization dynamics, we have designed YIG|Pt microstructures either stripes or microdisks. Thanks to the spin Hall effect, an electrical current passing in Pt generates a transverse spin accumulation coupled at the interface to the YIG’s magnetization making it possible to exert spin transfer torque (STT). We have highlighted an efficient modulation, by a factor of five, of the spin-wave attenuation length. This control on the decay constant proves to be very interesting for the transport of information using spin waves as data carriers, in order to be able to amplify or suppress spin waves and to select transmitted information. In addition, beyond a critical current, we have induced auto-oscillations of YIG magnetization, either in stripes of microdisks, confirming the possibility to electrically excite YIG magnetization dynamics using STT. A rigorous study of this nonlinear regime has been carried out in YIG|Pt microdisks to determine auto-oscillations behavior and to observe directly dynamic modes excited in YIG.

<p>Homing endonuclease genes (HEGs) are selfish genetic elements that mediate their own super-Mendelian inheritance. This is mediated by the homing endonuclease cleavage of a HEG^-allele followed by recombination-repair with a HEG⁺ allele.</p><p>The majority of the HEGs are encoded in intervening sequences (IVSs). The insertion of the IVS interrupts the endonuclease recognition site, making the genome with the IVS resistant to further cleavage by homing endonucleases with specificity for that particular sequence, but susceptible for homing endonucleases with a target not affected by the IVS insert. In 39 studied strains of the <i>Bacillus cereus</i> group, 28 IVSs were found in the <i>nrdIEF</i> operon. Phylogenetic studies of these sequences showed a scattered distribution of the IVSs, indicating a frequent horizontal gene transfer and that there might be competition between the different IVSs in the <i>nrdIEF</i> operon in the <i>Bacillaceae</i> family. One novel group I intron was shown to encode a functional homing endonuclease with a GIY-(X)₈-YIG motif, expanding the family motif to GIY-(X)₈-₁₁-YIG. Interestingly, by studying the known insertion sites for IVSs in the ribonuclotide reductase genes, we show that the majority of the insertions are at conserved motifs, indicating that conservation is important for IVS survival.</p><p>Most freestanding HEGs in bacteriophage T4 cleave both HEG⁺ and HEG^- alleles, possibly providing a competitive advantage for the host organism when two phages infect the same bacterium. Two novel freestanding HEGs replace two putative HEGs in T4 in some T-even-like phages. The characterisation of these HEGs showed that both cleave double stranded DNA. SegH was shown to promote homing of its gene. Hef showed no homing, possibly due to general exclusion of other phages. The <i>mobE</i> putative HEG was shown to be homing proficient and showed strong general DNA degradation when expressed in <i>Escherichia coli.</i></p>

Homing endonuclease genes (HEGs) are selfish genetic elements that mediate their own super-Mendelian inheritance. This is mediated by the homing endonuclease cleavage of a HEG- allele followed by recombination-repair with a HEG+ allele. The majority of the HEGs are encoded in intervening sequences (IVSs). The insertion of the IVS interrupts the endonuclease recognition site, making the genome with the IVS resistant to further cleavage by homing endonucleases with specificity for that particular sequence, but susceptible for homing endonucleases with a target not affected by the IVS insert. In 39 studied strains of the Bacillus cereus group, 28 IVSs were found in the nrdIEF operon. Phylogenetic studies of these sequences showed a scattered distribution of the IVSs, indicating a frequent horizontal gene transfer and that there might be competition between the different IVSs in the nrdIEF operon in the Bacillaceae family. One novel group I intron was shown to encode a functional homing endonuclease with a GIY-(X)8-YIG motif, expanding the family motif to GIY-(X)8-11-YIG. Interestingly, by studying the known insertion sites for IVSs in the ribonuclotide reductase genes, we show that the majority of the insertions are at conserved motifs, indicating that conservation is important for IVS survival. Most freestanding HEGs in bacteriophage T4 cleave both HEG+ and HEG- alleles, possibly providing a competitive advantage for the host organism when two phages infect the same bacterium. Two novel freestanding HEGs replace two putative HEGs in T4 in some T-even-like phages. The characterisation of these HEGs showed that both cleave double stranded DNA. SegH was shown to promote homing of its gene. Hef showed no homing, possibly due to general exclusion of other phages. The mobE putative HEG was shown to be homing proficient and showed strong general DNA degradation when expressed in Escherichia coli.

An investigation has been made of the propagation characteristics of magnetostatic waves with frequencies in the range 890-990 MHz in a crystal of Yttrium Iron Garnet. The sample was mounted in a two port strip line assembly and magnetised axially along the (100) direction. The experiments were performed at room temperature. Magnetostatic waves were observed in external magnetic fields in the neighbourhood of 500 Cersteds. and to explain the experimental results a non-uniform distribution of magnetisation along the axial direction is proposed for the unsaturated sample. Theoretical results for the demagnetising field and the time delay have been computed using this model to explain the excitation and transmission of the observed magnetostatic waves. / Thesis / Master of Engineering (ME)

No description available.

Ce travail concerne l’étude et la réalisation de dispositifs hyperfréquences coplanaires de type composite main droite/gauche (CRLH). Dans la première partie du mémoire, l’état de l’art des structures CRLH et leur aspect théorique sont présentés. La deuxième partie concerne la modélisation circuit et la conception de la cellule CRLH de base. Un modèle circuit a été développé à partir des modèles existants. Un résonateur d’ordre zéro (ZOR en anglais) à couplage capacitif a été fabriqué et les résultats expérimentaux nous ont permis de valider le modèle théorique. Une réduction de 80% de la taille du résonateur a été observée par rapport au résonateur demi-longueur d’onde à la même fréquence du travail. Une ligne de transmission à deux bandes de propagation a été réalisée par la mise en cascade de cinq cellules CRLH de base. La troisième partie est vouée à l’utilisation des couches magnétiques dans les structures CRLH pour réaliser des dispositifs hyperfréquences accordables. L’agilité en fréquence du ZOR a été confirmée expérimentalement. Nous avons aussi proposé un modèle théorique simple de la cellule CRLH réalisée sur un substrat de YIG. Les résultats expérimentaux de la ligne CRLH à ferrite et pour différentes valeurs du champ magnétique appliqué sont présentés et comparés au modèle théorique et aux simulations 3D / This work deals with the study and the fabrication of microwave devices based on the Coplanar Composite Right/Left Handed (CPW CRLH) structures. In the first part, we introduce the CRLH theory. In the second part, circuit modelization and the design of the CPW CRLH unit cell are presented. A coplanar zeroth-order resonator has been numerically studied, realized and verified experimentally. The resonator we have proposed allows a reduction of 80% of its size compared to the conventional half-wave length resonator at 6GHz. Based on the unit cell, a CRLH TL with five elementary cells has been realized. The third part is devoted to the use of magnetic layers in CRLH structures to realise tunable microwave devices. The frequency agility of the ZOR was experimentally confirmed. We also developed a theoretical model of the CRLH unit cell with a YIG substrate. The experimental results of the CRLH line with ferrite and for different values of applied magnetic field are presented and compared with the theoretical model and 3D simulations