Le nanomonde de laser semiconducteur en fonctionnement révélé par microscopie électronique ultrarapide – LUTEM

Les nanolasers semi-conducteurs sont des composants prometteurs pour les avancées technologiques en matière de calcul quantique par exemple. Ils sont bon marché, peu énergivore et peuvent être adaptés en ajustant les dimensions et le matériau utilisé. Leurs propriétés d'émission laser sont très sensibles aux irrégularités à l'échelle nanométrique dans le matériau de gain. Cependant, en raison du manque d'outils appropriés, ces propriétés n'ont été étudiées que dans le champ lointain, et les approches de modélisation ignorent les caractéristiques à l'échelle nanométrique en supposant le milieu amplificateur comme homogène et une cavité de forme parfaite. Dans le projet LUTEM, en combinant nos expertises dans la conception de nanofils (CRHEA), la caractérisation optique (L2C) et la microscopie électronique ultrarapide (CEMES), nous allons étudier pour la première fois des nanolasers en fonctionnement, en parvenant à une compréhension sub-longueur d'onde d'un nanofil unique. À cette fin, nous développerons deux expériences uniques à l'intérieur d'un microscope électronique à transmission ultrarapide ce qui nous permettra d’étudier différent nanolasers à base de GaN. La première expérience nous permettra de cartographier les résonances et la dynamique des différents modes de la cavité optique avec une résolution sub-longueur, au niveau et au-dessus du seuil d'émission laser afin de décrire les systèmes de nanolasers en fonctionnement, en tenant compte de leur forme non idéale, de la réflectivité des facettes et des irrégularités de surface. La deuxième expérience permettra de cartographier le coefficient de gain du matériau amplificateur au-dessous et au-dessus du seuil d'effet laser, et de relier les résultats aux défauts cristallographiques et aux hétérogénéités de dopage. Ces nouvelles connaissances ouvriront la voie à une nouvelle approche de la modélisation et de la conception des nanolasers, une étape essentielle vers l'étude de systèmes plus complexes.