Lasers THz compacts à base de boîtes quantiques de graphène – LEON

L’ambition de ce projet est d’ouvrir de nouveaux horizons dans le champ des dispositifs à base de graphène pour la technologie THz. L’objectif est de développer des amplificateurs et des lasers THz compacts fonctionnant à température ambiante, dont le concept est similaire à celui des lasers à semiconducteurs dans le domaine du visible. Il s’agit d’un objectif à long terme qui ne peut être atteint avec les approches scientifiques et technologiques à l’état de l’art actuel.
Le rayonnement THz est extrêmement attractif pour les études fondamentales de la matière et pour de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la sécurité, l’imagerie médicale, l’astrophysique et la science atmosphérique. Cependant, le domaine de fréquence THz reste une des régions spectrales les moins exploitées principalement à cause du manque de sources compactes et puissantes. Le développement d’un dispositif de type laser à semiconducteur émettant aux fréquences THz n’a pas pu aboutir aujourd’hui à cause du manque d’un matériau approprié ayant une bande interdite suffisamment petite.
Le projet adresse ce défi technologique en proposant de nouveaux schémas de lasers à semiconducteurs pour l’émission THz basés sur l’intégration de matériaux à base de graphène.
Le graphène est potentiellement un excellent candidat pour la réalisation d’un laser à semiconducteur THz grâce à l’absence de bande interdite. Cependant, les mécanismes de recombinaison non-radiatifs, et en particulier la recombinaison Auger, réduit la durée de vie du gain optique à quelques centaines de femtosecondes dans le graphène. Ce phénomène représente une limite importante dans la réalisation d’un laser THz. Afin de supprimer ces processus néfastes, un nouveau concept est nécessaire. Le projet propose d’exploiter la discrétisation complète des états électroniques dans les boîtes quantiques de graphène. Le projet possède trois objectifs principaux :
i) la démonstration d’amplificateurs THz à base de boîtes quantiques de graphène
ii) la démonstration des lasers THz à base de boîtes quantiques de graphène en microcavité
iii) l’exploitation de ces lasers/amplificateurs pour les applications en sécurité intérieure et en télécommunication.