Plasmonique quantique à base de nanostructures semiconductrices dopées – DIAAPASON

La découverte des résonances plasmon de surface localisées (LSPR) dans des nanostructures semi-conductrices dopées a bouleversé le domaine de la plasmonique. Contrairement aux métaux, ces nanostructures présentent une concentration de porteurs libres faible et accordable via le dopage, permettant ainsi d'accorder la fréquence de la LSPR et d'étendre la plasmonique à la gamme infrarouge. Poussés à leurs dimensions ultimes, elles constituent le système idéal pour étudier le concept de plasmonicité à l'échelle nanométrique, le confinement quantique et le petit nombre d’électrons contribuant tous deux à affecter la dynamique collective des porteurs. Le projet DIAAPASON vise à explorer la frontière entre plasmonique classique et plasmonique quantique en utilisant des nanocristaux de silicium (SiNCs) dopés comme système modèle. Pour ce faire, nous allons (i) élaborer des assemblages de SiNCs de petite taille et de dopage contrôlés ; (ii) mesurer leurs propriétés optiques à l’échelle de la population jusqu'aux objets individuels ; et (iii) comparer ces mesures aux calculs TD-DFT. Le couplage entre méthodes de fabrication et de dopage à l’état de l’art, mesures optiques de pointe et simulations atomistiques, permettra d'étudier l'impact de la réduction de la taille, du régime à peu d'électrons et de leur interaction sur les propriétés plasmoniques des SiNCs dopés.
Le consortium rassemble 4 laboratoires académiques (CNRS et CEA) experts en fabrication/dopage de couches minces de Si (LETI), élaboration de SiNCs dopés (IJL) et de métasurfaces (CEMES), spectroscopie optiqus (CEMES/IJL), caractérisation à l'échelle atomique (CEMES/IJL) et simulations TD-DFT (CiNaM).
La compréhension et le contrôle des propriétés de ces nouvelles antennes plasmoniques poussées à leurs dimensions ultimes ouvrent la voie à la réalisation de dispositifs quantiques entièrement compatibles avec la technologie CMOS.