Des dispositifs optiques quantiques
Le confinement des photons est très utile pour les lasers et les LED car l'émission spontanée dans des micro-cavités peut être augmentée considérablement par rapport à l'espace libre. Ce phénomène peut aussi être utilisé dans les télécommunications et les dispositifs mémoire, voire dans des capteurs pour la médecine. Le fait de contrôler le positionnement de nano-émetteurs, comme des points quantiques dans des cavités de cristaux photoniques, peut conduire à un contrôle ultra-rapide et en temps réel des processus de rayonnement, y compris l'émission spontanée. Ceci devrait dynamiser la nanophotonique, ouvrant la voie à des circuits complexes à base de cristaux photoniques comme des routeurs, des commutateurs et des lignes à retard. Les scientifiques du projet SITELITE, financé par l'UE, ont exploité de nouvelles méthodes pour fabriquer des nano-émetteurs en position contrôlée ainsi que des cavités de cristaux photoniques. Le but était d'intégrer ces structures de cristaux photoniques avec les émetteurs de lumière. La première étape a été d'optimiser la production de nano-émetteurs en position contrôlée, via l'hydrogénation sélective de matériaux semi-conducteurs en nitrure dilué. Les nitrures dilués présentent des propriétés uniques qui les distinguent des semi-conducteurs classiques, comme une bande interdite dépendant fortement de la quantité d'azote. Ils sont donc très utiles pour la photonique et l'optoélectronique à basse fréquence. Les chercheurs ont amélioré les propriétés des points quantiques fabriqués par le processus (synthèse dans le plan de la bande interdite), arrivant à émettre des photons isolés. Le processus simplifié en une seule étape aboutit à un masque fini immédiatement après la lithographie par faisceau d'électrons, augmentant notablement la réussite du traitement. D'autres études sur les propriétés des contraintes modulées par l'hydrogénation sélective de nitrures dilués ouvrent la voie au contrôle de l'étendue et de la direction de polarisation de structures de type fil. Ceci a été possible via la création d'un champ de contraintes fortement anisotrope, induit par l'hydrogène, dans le plan de l'échantillon. La même approche est en cours de mise au point pour fabriquer des structures photoniques personnalisées dans la gamme X. Les scientifiques ont ensuite mis au point une méthode simple et informée pour concevoir des cavités de cristaux photoniques, éliminant les tâtonnements qui empêchent actuellement l'optimisation et les progrès. La fabrication du premier ensemble de dispositifs passifs à cristaux photoniques approche de son terme, et une série d'ensembles de points quantiques ordonnés est en cours de mesure par spectroscopie. Les résultats de SITELITE ont été publiés dans de grandes revues scientifiques à comité de lecture. La possibilité de disposer à loisir des objets quantiques sur des structures de cristaux photoniques promet une nouvelle vague de dispositifs photoniques, avec de nombreuses utilisations possibles dans l'optoélectronique, la médecine et l'énergie.
Mots‑clés
Cristaux photoniques, points quantiques, nano-émetteurs, cavités, nitrure dilué
