Les électrons piégés survivent plus longtemps
Des chercheurs en Allemagne, en France, au Royaume-Uni et en Suisse ont découvert de nouvelles propriétés des électrons qui pourraient être utilisées dans les ordinateurs et les lasers. L'étude a été en partie financée par le projet IA-SFS («Integrating activity on synchrotron and free electron laser science»), soutenu au titre du domaine thématique «Infrastructures de recherche» du sixième programme-cadre (6e PC). Ses résultats ont été publiés dans la revue Nature Materials. Les électrons ont été identifiés par des scientifiques britanniques à la fin du XIXe siècle comme des particules. Ils sont au coeur de divers phénomènes, notamment l'électricité. Dans cette étude, l'équipe européenne de chercheurs a montré que les électrons présentent des caractéristiques intéressantes lorsqu'ils sont confinés dans des structures de quelques nanomètres. L'équipe a ainsi pu mesurer, pour la première fois, la durée de vie précise d'un électron excité. Ces nouvelles connaissances pourraient se révéler utiles pour concevoir des lasers à semi-conducteurs ou dans l'informatique quantique. Ces deux domaines scientifiques bénéficieraient grandement de la possibilité de prolonger la période pendant laquelle un électron reste excité (à un niveau d'énergie potentielle plus élevé) avant de revenir à l'état fondamental. Selon les chercheurs, cette étude ouvre la voie «à la mise au point de systèmes de points quantiques dans la gamme des térahertz, en apportant les connaissances fondamentales sur le temps de relaxation des porteurs qui sont nécessaires à une conception optimale». Il y a 20 ans, les chercheurs ont commencé à fabriquer des points quantiques (des zones où les électrons sont confinés) sur des substrats semi-conducteurs classiques, comme ceux qui sont utilisés dans les lecteurs de CD. À l'époque, on prévoyait déjà que les électrons auraient une très longue durée de vie dans ces points quantiques, car ils n'ont quasiment aucun moyen de perdre leur énergie. Cependant, on s'est demandé pendant des années pourquoi cet effet (alors nommé «phonon bottleneck») n'était jamais observé. Dans cette récente étude, les scientifiques ont conçu des points quantiques qui devaient permettre de tester rigoureusement leur théorie pour une large gamme de paramètres. C'est ainsi qu'ils ont rapproché l'écart entre les niveaux d'énergie dans les points quantiques, le rendant notablement inférieur à l'énergie la plus élevée de vibration du réseau cristallin (le mouvement synchronisé de groupes d'atomes dans un cristal). Ils ont ensuite mesuré les durées de vie à l'aide d'un laser à électrons libres (LEL), un type unique de laser térahertz à courte impulsion. En conséquence, l'équipe a pu observer les temps de relaxation supérieurs. Les chercheurs soulignent que ces longues durées de vie ont une origine différente de celle de l'effet «phonon bottleneck» proposé initialement, mais ils pensent que leurs résultats pourraient conduire à des innovations intéressantes à partir des points quantiques, notamment en matière de systèmes térahertz. Le laser à électrons libres, situé au Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, est soutenu par le projet IA-SFS.
Pays
Allemagne