Spectroscopie téra-Hertz ultra-rapide – TERANANO

La gamme de fréquences entre 0.1 THz et 30 THz reste encore largement inexplorée parce que difficilement accessible par les techniques traditionnelles de l'infra-rouge lointain, en raison d'un manque de sources et de détecteurs efficaces. La spectroscopie THz ultra-rapide est une nouvelle technique qui permet de la spectroscopie extrêmement sensible dans cette gamme et d'autre part d'accéder pour la première fois à la dynamique grâce à une excitation impulsionnelle. Cette technique présente des analogies avec les expériences d'optique ultra-rapides classiques et fait appel aux mêmes compétences. La génération d'impulsions THz sub-picosecondes (quasi mono-cylces) est obtenue par rectification optique, dans un cristal non-linéaire, sous excitation optique impulsionnelle. L'utilisation d'un amplificateur régénératif permet d'accéder à de plus grandes puissances. D'autre part, le spectre d'excitation peut être étendu à l'infra-rouge moyen en réduisant la durée des impulsions (femtoseconde) issues de l'oscillateur. Les systèmes étudiés peuvent être sondés dans la gamme de fréquence THz et pompés optiquement en configuration pompe-sonde. Au contraire des techniques optiques classiques qui ne donnent que l'intensité, on accède ici au champ électrique complexe de l'onde THz, avec une résolution inférieure à la picoseconde, fournissant ainsi la constante diélectrique complexe sans faire appel aux transformations de Kramers-Kronig. Enfin, cette technique permet d'obtenir un excellent rapport signal/bruit et une dynamique exceptionnelle. Le projet consiste à mettre en œuvre cette technique en plein essor, puis à l'appliquer à l'étude intra-bandes et inter-sousbandes de la dynamique non-linéaire des excitations électroniques dans les nanostructures de semiconducteurs. Après le développement expérimental, un premier axe de recherche consistera à étudier la physique du spin dans les gaz d'électrons polarisés (développement de la spintronique). Un deuxième axe de recherche visera à étudier les lasers à cascades quantiques (développement de nouvelles sources THz intégrées). La problématique du régime pulsé (par modes bloqués) sera aussi abordée dans ce cadre. Un troisième axe consistera à utiliser cette technique pour l'étude des systèmes de gaz d'électrons dégénérés à 2 dimensions en régime d'effet Hall quantique (accès à la dynamique dans un système jusqu'à présent étudié en continu par des expériences de transport ; développement de détecteurs THz). Il s'agit de créer une nouvelle équipe indépendante, sur un sujet émergent qui se situe au confluent des compétences expérimentales et théoriques de plusieurs équipes existantes au LPA. Ce projet est porté par une jeune équipe en création ; il est innovant et prioritaire au LPA, au point de vue financier, humain et politique. Un local a été dégagé au LPA. Le projet est en cours de développement et des équipements sont déjà mis à disposition par le LPA afin d'effectuer les premiers tests.