– ROOTS

L'objectif scientifique de ce projet est de développer une nouvelle filière technologique reposant sur les oscillations de Bloch des électrons dans les super-réseaux de semi-conducteurs, pour la réalisation d'amplificateurs/oscillateurs THz accordables et fonctionnant à température ambiante. Nous proposons de mettre en œuvre des stratégies innovantes de conception et de fabrication pour exploiter pleinement le gain de Bloch dans les dispositifs de super-réseaux de semiconducteurs. Plus de 30 ans après les travaux théoriques menés par Esaki et Tsu, prédisant l'existence d'un gain optique associé aux oscillations de Bloch des électrons dans les super-réseaux de semiconducteurs, aucune expérience n'a démontré l'émission d'un rayonnement électromagnétique par un oscillateur de Bloch soumis à un champ électrique statique continu. L'obstacle principal dans la réalisation expérimentale est la formation de domaines de champ électrique élevé dans les super-réseaux, associée à une conductivité différentielle statique négative. Dans ce projet, nous proposons des approches innovantes pour pallier ces difficultés en exploitant au mieux les compétences déjà présentes au sein du consortium sur la modélisation, la conception, la croissance, la fabrication et la caractérisation de super-réseaux de semiconducteurs. Nous concevrons des structures de super-réseaux de semiconducteurs, dans lesquelles la formation de domaine est supprimée, le temps de transit n'est pas limitant et l'injection des porteurs dans les régions actives est optimisée. Nous développerons des technologies de guide d'onde à plasmons de surface et de microcavité pour améliorer le couplage entre les oscillations de charge et le champ électromagnétique THz. Deux types de structures seront étudiées: les super-réseaux de semiconducteurs dopés pour la réalisation d'amplificateurs/oscillateurs THz accordables, fonctionnant à température ambiante et des super-réseaux de semiconducteurs non dopés pour la réalisation des sources THz pilotées par deux lasers continus de fréquences proches. Nous développerons des expériences de spectroscopie THz dans le domaine temporel et des expériences de spectrocopie infrarouge à transformée de Fourier pour démontrer les fonctionnalités d'amplification/émission THz. Les processus de diffusion et leur impact sur des oscillations de Bloch seront modélisés d'autre part pour répondre à la question fondamentale suivante: comment les oscillations peuvent être auto-entretenues, et d'autre part, afin d'apporter des améliorations dans la conception des dispositifs THz développés dans ce projet. Notre consortium a été assemblé de manière à couvrir l'ensemble des compétences nécessaires et à établir une masse critique pour permettre la réalisation des objectifs scientifiques, minimiser les risques et assurer le succès de ce projet innovant. L'implémentation des sources de rayonnement THz miniature, fonctionnant à température ambiante dans les systèmes THz modernes devrait augmenter significativement leur attractivité et est donc de première importance pour les applications.