Superfluorescence de super-réseaux de nanocristaux de pérovskite en cavité – CSUPER2

La superfluorescence (SF) est un phénomène bien connu de la physique atomique dans lequel les émetteurs peuvent émettre des photons de manière synchronisée par interaction à longue portée, permettant ainsi une émission cohérente, accélérée et plus brillante. Le processus de SF devrait être théoriquement efficace dès lors que des émetteurs identiques ayant un grand moment dipolaire sont assemblés au sein d'un super-réseau. Mais expérimentalement, de fortes limitations découlent de leur organisation, en raison des difficultés à obtenir des émetteurs individuels spectralement identiques avec des densités élevées et une orientation identique des dipôles. Le contrôle de la distance entre les émetteurs est également un paramètre clé, avec un compromis entre le couplage électromagnétique nécessaire et le couplage électronique préjudiciable. C'est pourquoi, en physique du solide, la SF a été démontrée dans un nombre très limité de systèmes. Récemment, les super-réseaux de nanocristaux de pérovskite (pNC) ont rejoint cette liste restreinte, grâce à leurs propriétés optiques et structurelles optimales. Néanmoins, un domaine reste inexploré : la démonstration de la SF en cavité de super-réseaux de pNC couplés à une structure photonique. Pour relever ce défi, CSUPER2 vise à intégrer des super-réseaux pNC dans une microcavité fibrée spécialement conçue pour des nano-émetteurs synthétisés par voie chimique. Cette intégration permettrait de faire progresser le domaine des interactions coopératives lumière-matière dans les pNCs en mettant en évidence la SF en cavité, qui devrait présenter une plus grande brillance pour de plus faibles puissances d'excitation, des propriétés de cohérence améliorées, et même un effet laser. CSUPER2 vise donc à atteindre trois objectifs principaux : (1) synthétiser par des techniques de chimie douce des pNCs avec une distribution de tailles hautement contrôlée et dont la chimie de surface par ingénierie de ligands permet leur assemblage en super-réseaux ordonnés à longue portée ; (2) démontrer la SF dans les super-réseaux de pNC obtenus et étudier en détail les propriétés optiques fondamentales de la SF, telles que les signatures spectrales, la dynamique ultrarapide, la cohérence et la statistiques des photons émis, par des techniques de spectroscopie stationnaire et résolue en temps ainsi que des expériences d'optique quantique, à température ambiante et à basse température. L'effet du désordre sera analysé avec précision afin d'évaluer le nombre de pNC couplés qui contribuent à la SF ; (3) étudier le domaine inexploré de la SF en cavité de super-réseaux de pNCs, en utilisant une microcavité fibrée reconfigurable permettant de modifier et d'accorder l'élément clé responsable de l'émission SF, c'est-à-dire le couplage dipôle-dipôle induit par la fluctuation du champ électromagnétique dans le vide. La flexibilité de la cavité choisie permettra une étude approfondie de la physique de la SF et, de manière ultime, de la transition du laser conventionnel à celui basé sur la SF. Pour exploiter pleinement les résultats expérimentaux obtenus, le projet CSUPER2 bénéficiera d'un soutien théorique solide sur les effets collectifs de l’interaction lumière-matière. Les études théoriques des propriétés d'émission collective dans les super-réseaux de pNCs seront réalisées en considérant précisément l'effet du désordre, ainsi que l'effet du couplage de la cavité.