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La nouvelle physique et les nouveaux usages pour les polaritons

Des chercheurs financés par l'UE ont franchi une étape majeure dans le développement de dispositifs basés sur des polaritons dans des micro-cavités, promettant un rendement quantique et une économie d'énergie sans précédent.
La nouvelle physique et les nouveaux usages pour les polaritons
Les polaritons associent le meilleur des systèmes photoniques et excitoniques, ouvrant ainsi la possibilité d'améliorer l'évolutivité, l'économie d'énergie et la vitesse des dispositifs logiques. Les potentialités de ces quasi-particules découlent de leur dualité inhérente: elles sont en partie matière et en partie lumière.

Le réseau de formation initiale (ITN) CLERMONT4 (Exciton-polaritons in microcavities: Physics and devices), financé par l'UE, visait à former une nouvelle génération de chercheurs en vue de travailler à des dispositifs basés sur des polaritons dans des cavités semi-conductrices. Il s'est inscrit dans une série d'ITN sur le même sujet, débutant en 1999 avec le projet CLERMONT.

Les travaux de CLERMONT4 visaient à réaliser des prototypes de dispositifs à polaritons. Le réseau voulait concevoir, fabriquer et caractériser des lasers à polaritons à pompage électrique, des oscillateurs paramétriques optiques de la taille du micron, des portes logiques optiques, et des cavités émettrices de paires de photons intriqués.

Les polaritons sont des quasi-particules résultant d'un fort couplage entre des photons et des excitons, dans une cavité de taille micrométrique intégrant des puits quantiques. Leur composante excitonique engendre de fortes interactions entre les polaritons, ce qui conduit à des non-linéarités.

On attend donc de telles quasi-particules qu'elles révolutionnent l'optoélectronique, via un tout nouveau mécanisme permettant de contrôler les dispositifs par la lumière. Cette nouvelle physique, allant au-delà de celle des systèmes cohérents à l'échelle macroscopique, apporte aussi un environnement unique de formation à la polaritonique.

Le projet CLERMONT4 a soutenu la recherche de phénomènes quantiques cohérents extraordinaires que présentent les polaritons à très hautes températures. Parmi les nombreuses découvertes passionnantes, citons la formation de solitons gap, liés au potentiel créé par un réservoir d'excitons non condensés.

Les solitons gap liés à chaque extrémité du réservoir d'excitons s'hybrident en combinaisons linéaires symétriques et anti-symétriques. Mieux encore, les chercheurs ont constaté que les polaritons se condensaient spontanément dans l'un ou l'autre de ces états, selon les conditions de l'excitation.

Le savoir-faire scientifique généré par le projet CLERMONT4 a apporté à 50 jeunes chercheurs des opportunités d'emploi en université et dans le domaine de la polaritonique. Plusieurs boursiers ont trouvé un poste de professeur avant la fin des quatre années de l'ITN.

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Mots-clés

Physique, polaritons, micro-cavités, dispositifs logiques, CLERMONT4, exciton
Numéro d'enregistrement: 182692 / Dernière mise à jour le: 2016-05-18
Domaine: Technologies industrielles