La lumière et la matière dans les dispositifs nanométriques
L'interaction de la lumière (des photons) avec la matière ouvre une fenêtre fort utile sur le comportement quantique ou classique des matériaux, soutenant la mise au point de nouveaux dispositifs. Des scientifiques financés par l'UE ont lancé le projet UPNEX («Ultrafast phenomena in nanoparticle excitations») pour étudier les oscillations collectives (des plasmons de surface) des électrons libres d'un métal, à l'échelle de la dizaine de femtosecondes. Ils ont étudié la photoémission (venant d'électrons de surface et induite par des photons incidents sur des éprouvettes métalliques nanostructurées) ultra rapide résolue spatialement et spectralement. La première étape a été de réaliser un spectromètre perfectionné. Il a servi à analyser la génération de rayonnements THz à partir de nanoparticules plasmoniques et sous forme de photoélectrons éjectés. Les chercheurs ont publié des résultats importants, démontrant la corrélation entre la résonance plasmonique des éprouvettes nanostructurées et le signal THz qu'elles génèrent. L'élucidation des mécanismes a permis d'exploiter des phénomènes associés dans des sources THz à intégration de surface et pilotées par laser. Ces sources pourraient surmonter les limitations associées aux dommages dans les sources THz non linéaires à base de cristaux, et renforcer l'utilité de la technique dans les expériences et les applications en science des matériaux. Pour d'autres expériences, les scientifiques ont construit une chambre à vide afin d'étudier le couplage de deux nano-pointes opposées. Ils ont réussi à augmenter la distance de couplage à environ 100-150 nm. Ils ont utilisé le système pour effectuer la démonstration d'une diode sous tube à vide nanométrique, faite de deux nanopointes métalliques et utilisable comme dispositif électronique ultra rapide fonctionnant par des électrons pulsés émis par photoémission à peu de cycles. Le fait de réduire encore la distance de couplage pourrait permettre un contrôle optique directionnel du courant entre les pointes, une étape intéressante vers des dispositifs et des commutateurs nanométriques ultra rapides. Une dernière ligne d'étude concernait les courants optiquement induits dans les diélectriques, et le développement de nouvelles sources de lumière. En particulier, l'équipe s'est appuyée sur un article récemment publié dans la prestigieuse revue Nature pour élucider certains mécanismes de dépendances des courants induits envers la bande interdite. Les résultats pourraient être appliqués à une électronique encore plus rapide, à l'échelle du petahertz (PHz, 10-15 Hz). UPNEX a favorisé la carrière des chercheurs associés et renforcé leur collaboration, et amélioré les capacités des deux laboratoires impliqués. Au passage, il a effectué des découvertes importantes dans le domaine des interactions entre la lumière et la matière à l'échelle nanométique, avec des applications dans l'optoélectronique et la nanoplasmonique.
Mots‑clés
Dispositifs nanométriques, ultra rapide, femtoseconde, optoélectronique, excitations de nanoparticule
