Emetteurs quantiques THz sans inversion de population basés sur les polaritons intersousbandes – THINQE_PINQE

Le problème de la faible efficacité radiative des dispositifs optoélectroniques dans l'infrarouge lointain.
Les transitions entre niveaux confinés (intersousbandes) d'un puits quantique de semiconducteur permettent d'obtenir des émetteurs dans l'infrarouge moyen et lointain. Toutefois, le temps typique de l'émission spontanée est de plusieurs ordres de grandeur plus long que le temps de vie non radiatif. En conséquence, les dispositifs électroluminescents ont une très faible efficacité radiative et les lasers un faible rendement à la prise. L'objectif ultime de ce projet est d'aller vers une nouvelle génération de dispositifs optoélectroniques infrarouges d'efficacité quantique accrue, basés sur le principe de superposition quantique. Pour cela, nous couplons une excitation intersousbande et un mode de cavité, pour donner lieu à des états mixtes lumière-matière : les polaritons intersousbandes. Quand l'énergie de couplage est du même ordre de grandeur que l'énergie de l'excitation dans la matière, le système entre dans un régime appelé de couplage ultra-fort, dans lequel les approximations habituellement utilisées pour traiter l'interaction avec la lumière ne sont plus valables. Dans ce projet nous étudions la physique du couplage ultra-fort, nous réalisons des dispositifs fonctionnant dans ce régime, et nous démontrons des nouvelles fonctionnalités atteignables grâce au contrôle de l'interaction avec la lumière.

Ingénierie des structures électroniques et photoniques pour un couplage lumière-matière extrême et pour la réalisation de dispositifs électroluminescents.
Nous dessinons, fabriquons et caractérisons des nouveaux dispositifs basés sur des puits quantiques de semiconducteur en cavité. Les cavités sont basées sur l'utilisation des métaux et permettent de confiner les photons dans des épaisseurs très inférieures à la longueur d'onde de la lumière dans le milieu. En conséquence, la taille de la région dans laquelle se fait l'interaction avec le système quantique peut être maximisée, de façon à atteindre des énergies de couplage très importantes. Pour le dessin des puits quantiques, plusieurs stratégies sont adoptées. On peut par exemple coupler des puits quantiques par effet tunnel pour peupler de façon résonante les états de polaritons. On peut utiliser des puits quantiques avec des densités très importantes d'électrons pour exalter le couplage avec la lumière grâce à des effets multi-corps. Une fois les dispositifs dessinés, on procède aux étapes de croissance des couches semiconductrices et de fabrication des dispositifs en salle blanche. La caractérisation électrique et optique des dispositifs ainsi que la spectroscopie résolue en temps permettent de vérifier leur fonctionnement et leurs propriétés.