Métasurfaces dopées aux terres rares pour la conversion ascendante et l'avalanche de photons – README

Le projet README vise à combiner des résultats importants et récents de la communauté des sciences des matériaux, conduisant à des nanoparticules efficaces pour la conversion ascendante (upconversion, UC) dopées au thulium, et de la communauté nanophotonique qui a démontré une forte amélioration de la conversion de la lumière grâce au contrôle de l'absorption et de l'émission en utilisant des métasurfaces diélectriques périodiques. Nos objectifs sont doubles :
-Optimiser la conversion de la lumière infrarouge et visible vers UV dans les ions Tm3+. Générer efficacement des photons UV est d'une importance primordiale pour des applications clés telles que la dépollution ou la génération de carburants solaire, car les photocatalyseurs habituels ne sont efficaces que s'ils sont excités dans l’UV. L'approche que nous proposons vise à tirer le meilleur parti des photons solaires infrarouges et d’utiliser un milieu UC en quantité limitée. Des démonstrateurs combinant des métasurfaces UC optimisées et des catalyseurs dédiés à l’hydrolyse de l'eau (typiquement TiO2-Pt) seront ensuite réalisés.
-Explorer et contrôler le régime non-classique et fortement non-linéaire de l'avalanche de photons dans les ions Tm3+. Atteindre l'avalanche de photons à bas seuil devrait notamment ouvrir la voie au comptage de photons infrarouge. Notre objectif final est d'ouvrir la voie à la démonstration d'un photodétecteur infrarouge à avalanche fondé sur la combinaison entre des métasurfaces UC permettant l'avalanche de photons et un photodétecteur classique à base de silicium.
Afin d'atteindre ces objectifs ambitieux, nous développerons une méthodologie combinant la réalisation de milieux UC de haute qualité à l'aide de processus CVD et PLD, et leur intégration avec des métasurfaces diélectriques périodiques, permettant de contrôler l'absorption et l'émission lumineuse. Ces métasurfaces UC seront ensuite utilisées pour développer les démonstrateurs ciblés.