Imagerie et couplage de métamatériaux THz avec des atomes de Rydberg – TERRA

Les fréquences THz sont importantes pour des applications mais l’élaboration de dispositifs opérationnels reste difficile. Une façon de surmonter cette difficulté est d'utiliser des métamatériaux, constitués d'un réseau de résonateurs sub-longueur d’onde qui permettent la réalisation de composants fonctionnant dans le THz. La caractérisation des métamatériaux THz est effectuée par des mesures de transmittance et de réflectance en champ lointain, mais devient difficile en champ proche, à des distances micrométriques du résonateur. La microscopie optique en champ proche peut être utilisée à cette fin, mais elle est normalement lente et influencée par la taille finie de la pointe de la sonde. Nous proposons ici d'interfacer des résonateurs THz (métamatériaux) avec des atomes de Rydberg qui interagissent fortement avec le rayonnement THz et le convertissent ensuite en photons visibles (conversion THz-visible). Cette interaction peut être utilisée comme une nouvelle technique d'imagerie en champ proche cartographiant le champ électrique des résonateurs avec une résolution inférieure à la longueur d'onde, définie par les photons visibles. Au-delà de ses applications en instrumentation, le couplage d'atomes de Rydberg avec des résonateurs THz fournit une plateforme pour étudier la modification des niveaux d'énergie et des propriétés radiatives atomiques à proximité d'une métasurface. En effet, les métasurfaces exaltent les modes du champ électromagnétique, et fournissent un moyen unique d'accorder les propriétés atomiques et l'interaction Casimir-Polder des atomes de Rydberg, visant des applications dans les systèmes hybrides, qui interfacent des atomes avec des plates-formes photoniques, ainsi que dans des technologies quantiques. Enfin, la possibilité de modifier rapidement les propriétés du résonateur THz par une pulsation lumineuse externe (en utilisant un milieu semi-conducteur actif) serait un moyen unique pour tester les prédictions de QED dynamique.