Couplage lumière-matière entre des photons de metasurfaces moiré et des excitons de semiconducteurs atomiquement minces – MILPHEUILLE

L’objectif de ce projet est de développer une nouvelle brique de base efficace pour les systèmes photoniques fonctionnant en espace libre et à très faible consommation et pour la photonique quantique. Un certain nombre de démonstrations expérimentales et théoriques ont montré l'intérêt du couplage des excitons dans des monocouches ou bicouches de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) avec des modes optiques de cristaux photoniques pour ces applications. En effet ce couplage permet de mettre en évidence un couplage fort à température ambiante (grâce à la forte énergie de liaison des excitons) ou même un effet laser lorsque des excitons de monocouche de TMD sont couplés à des cavités planaires de type Fabry-Pérot. Dans ce projet, l’objectif est d’aller plus loin en renforçant les non linéarités, en manipulant l’émission de lumière et en augmentant l’interaction lumière-matière grâce au couplage des excitons de TMD avec des modes optiques très localisés, présentant un facteur de qualité très élevé, et des propriétés d’émission qui ne peuvent pas être obtenues dans des structures conventionnelles à base de cavité Fabry-Pérot ou de simple couche de cristaux photoniques. Ainsi, le projet Milpheuille vise à développer une nouvelle plateforme associant monocouches ou bicouches de TMD intégrées dans des bicouches de cristaux photoniques. Celle-ci permettra donc à la fois de manipuler et contrôler la dispersion des polaritons (couplage fort) et de leur émission « à la demande » grâce à cette structure photonique versatile, mais aussi de renforcer l’interaction lumière-matière par l’intégration des TMD directement dans la bicouche photonique. Cela sera démontré par la mise en évidence expérimentale d’un effet laser en couplage fort (polaritons) à température ambiante et avec des caractéristiques d’émission contrôlée et par l’étude des non linéarités à faible intensité et montrer des signes de blocage de polaritons.