Description du projet
Sonder les interactions ultra fortes entre la lumière et la matière dans les détecteurs infrarouges
Le couplage ultra-fort entre la lumière et la matière fait référence à un nouveau type d’interaction forte où la force de couplage est comparable aux fréquences de transition dans le système. Le projet UNIQUE, financé par l’UE, prévoit d’étudier le couplage ultra-fort entre la lumière et la matière dans de nouveaux types de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs fonctionnant dans la gamme de fréquences du térahertz et de l’infrarouge moyen (3-300 μm). Ces dispositifs permettront, pour la première fois, d’observer expérimentalement les caractéristiques quantiques intrinsèques des états de couplage lumière-matière, comme le rayonnement quantique dans le vide et la compression optique quantique. Pour obtenir un couplage ultra fort, l’excitation collective des électrons sera couplée à un nanorésonateur de métamatériaux. Ce détecteur de métamatériaux sera doté de schémas de lecture sensibles qui permettront d’observer le rayonnement du vide quantique et les statistiques non classiques de comptage des photons des polaritons.
Objectif
In the majority of optoelectronic devices emission and absorption of light are considered as perturbative phenomena. The objective of my project is to explore the ultra-strong light-matter coupling regime in a new type of optoelectronic semiconductor-based devices operating in the THz and MIR frequency range (lambda=3-300m). These devices will allow the first time experimental observation of intrinsically quantum features of the ultra-strong coupling regime, such as quantum vacuum radiation (dynamical Casimir effect) and squeezing of polaritons states. In these devices, generically acting as detectors, the light-matter coupled states (polaritons) will be efficiently converted into electrical signals. The matter excitation is based on the electronic transitions in semiconductor quantum wells, where the light-matter interaction is strongly enhanced owe to collective effects. To achieve the ultra-strong coupling regime, the collective electronic excitation is coupled with metamaterial nano-resonator acting as high frequency inductor-capacitive circuit. In such resonator, very high electric field intensity is achieved into effective volume of sizes comparable with the electron De Broglie wavelength. The photoconductivity of such detectors will be dominated by polaritonassisted fermionic transport. The metamaterial detectors will be supplied with sensitive read-out based on the single-electron transistor concept, which will allow the observation of quantum vacuum radiation as well as the non-classical photo-counting statistics of polaritons. In these device architectures I will also implement the dynamical Coulomb blockade, where the single electron charging energy e/2C becomes comparable with the metamaterial resonator energy w. This effect will be exploited as a disruptive approach to sense the quantum-optical properties of light-matter coupled states by all-electronic means.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN.
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Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
75794 Paris
France