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Material properties in the strong light-matter coupling regime

Descrizione del progetto

Una nuova finestra sul forte accoppiamento di luce quantistica e materia nel vuoto

Negli ultimi tre decenni, la fisica dell’accoppiamento forte luce-materia è stata esplorata a livello teorico e, più recentemente, anche a livello sperimentale. La realizzazione di un accoppiamento debole e forte della luce e della materia quantistiche ha consentito un maggiore controllo dei sistemi e delle applicazioni quantistiche nel rilevamento quantico e nell’elaborazione delle informazioni. I polaritoni sono particelle miste di materia leggera derivanti dall’accoppiamento forte tra eccitoni (uno stato di legame di un elettrone eccitato e un foro collegato) e fotoni. L’accoppiamento luce-materia e i polaritoni risultanti derivano dalle condizioni di vuoto della microcavità a semiconduttore 2D confinato. Il progetto MaP, finanziato dall’UE, sta estendendo il dominio delle precedenti indagini alla componente materica dell’accoppiamento luce-materia. Una piattaforma innovativa promette di chiarire i meccanismi responsabili del trasporto di carica assistito da campo vuoto e delle transizioni di fase della materia indotte dall’accoppiamento.

Obiettivo

An electromagnetic mode without photonic excitations still has a non-zero energy - called zero-point energy. The resulting vacuum fluctuations give rise to long known physical effects such as the spontaneous emission. By engineering electromagnetic modes in cavities, vacuum can be made to interact with matter in the extensively studied weak, strong and ultrastrong light-matter coupling regimes. The term `light-matter coupling', as well as the optical experimental means by which the regime is usually studied, hides this important fact: vacuum alone gives rise to the coupling and to the mixed light-matter excitations (polaritons) of the system.
In physics, still only few experimental platforms have allowed to observe `vacuum-matter coupling' without photonic excitations. Properties of materials dressed by a cavity were successfully observed by measuring their conductivity [Orgiu et al. Nat. Mater. 14, 1123 (2015); Paravicini-B. et al. Nat. Phys. 15, 186 (2019)]. In recent years, the new field of polaritonic chemistry has identified other material properties altered by vacuum coupling, including chemical reaction rates and thermodynamic properties.
In this project, we intend to expand the new experimental access to the matter part via conductivity measurements to an entirely new system. So far, only highly disordered organic semiconductors [Orgiu] and very high mobility GaAs based electron gases were used [Paravicini-B.]. Here, we suggest a new platform using transition metal dichalcogenides inside a plasmonic cavity. This should work at room temperature and shed more light on the mechanism responsible for vacuum field assisted charge transport. In a second project, we attempt to alter phase transition properties by dressing a chemical to a cavity. Both projects aim to explore the potential of engineering properties of materials with a cavities vacuum field mode. They both mostly rely on optical, electronic and chemical experimental tools available in the host group.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) H2020-MSCA-IF-2019

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Coordinatore

UNIVERSITE DE STRASBOURG
Contributo netto dell'UE
€ 184 707,84
Indirizzo
RUE BLAISE PASCAL 4
67081 Strasbourg
Francia
Regione
Grand Est Alsace Bas-Rhin
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 184 707,84