Dispositifs opto-electroniques fonctionnant par transport assiste' par les photons du vide – EVEREST

Les dispositifs optoélectroniques (LED, cellules solaires, lasers, détecteurs) jouent un rôle de plus en plus important, dans le domaine de la lutte contre le changement climatique ou pour le traitement ultra-rapide des données. Les principes de fonctionnement étant bien connus, les améliorations sont souvent incrémentales et limitées par les propriétés des matériaus. De nouvelles perspectives fondées sur l'exploitation de phénomènes fondamentaux sont nécessaires.

Dans ce contexte, EVEREST vise à développer une nouvelle famille de dispositifs dont les propriétés électroniques sont améliorées par l'interaction avec les photons (fluctuations) du vide. Un objectif majeur du projet est la démonstration d'un capteur de proximité qui fonctionne jusqu'à des distances de quelques centaines de nm. Ce résultat sera une première démonstration d’un dispositif réel qui se base sur concepts empruntés à l'électrodynamique quantique en cavité.
À long terme, l'objectif d'EVEREST est de comprendre et maitriser l'interaction entre les photons virtuels et le transport électronique dans les systèmes moyen-infrarouges (3-12 um) fonctionnants dans le régime de couplage fort et ultra-fort lumière-matière.

L'idée centrale est d'exploiter les principes de la mécanique quantique du couplage fort lumière-matière dans les systèmes à microcavité. Dans ce régime, le couplage lumière-matière est plus fort que les processus de déphasage, produisant ainsi de nouveaux états hybrides appelés polaritons. Si le couplage est très fort (ce qu'on appelle le «couplage ultra-fort»), les modifications induites par le vide quantique deviennent significatives et induisent de changements mesurables dans les propriétés du dispositif. Ce nouveau degré de liberté permet d'obtenir des fonctionnalités qui ne sont pas disponibles avec les paradigmes existants.

Plus précisément, nous ciblerons des dispositifs dont le transport électronique dépend - dans l'obscurité - de l’intensité du couplage lumière-matière. On utilisera des structures QWIP ainsi que sur des diodes tunnel résonantes (les deux architectures sont basées sur les transitions inter-sous-bandes dans des puits quantiques à semiconducteurs) qui sont en résonance avec les modes d’une microcavité. Sur la base de cette étude fondamentale, nous développerons ensuite un nouveau type de capteur de proximité.

La recherche proposée est de nature fondamentale et originale. Des travaux antérieurs ont étudié uniquement les propriétés optiques des systèmes en couplage forte lumière-matière. Notre étude cible pour la première fois les propriétés électroniques, ce qui de grand intérêt pour la compréhension, mais aussi pour le développement futur de toute une nouvelle classe de dispositifs électroniques.

Chercheurs impliqués :
Le projet sera coordonné par Raffaele Colombelli, Directeur de Decherche CNRS au C2N (France) et Karl Unterrainer, Professeur au Photonics Institute, TU Wien (Autriche).