Dynamique ultrarapide de nanostructures et nanoobjets (NANOFEMTO)

Notre équipe se consacre principalement à la spectroscopie femtoseconde de nanostructures de semi-conducteurs à grand gap. Différents aspects des dynamiques électroniques sont accessibles par des expériences utilisant des impulsions lumineuses ultra-courtes.

- La dynamique des spins électroniques peut être testée en mettant à profit la structure particulière des niveaux électroniques qui possèdent des moments cinétiques totaux, ou « pseudo-spins », bien définis. Les règles de sélections des transitions optiques permettent donc, en utilisant des faisceaux lumineux polarisés, d’injecter des porteurs dont le spin est contrôlé et de suivre leur relaxation. L’étude de l’évolution du spin des porteurs de charge dans les semiconducteurs est motivée par la possibilité d’associer, dans un même dispositif, le spin de l’électron pour stocker de l’information et la charge de l’électron pour le transport de cette information.

L’évolution du spin des porteurs de charge dans un semiconducteur est déterminée non seulement par la durée de vie d’un état de spin, mais aussi par les superpositions cohérentes d’états de spins différents et le temps pendant lequel de telles superpositions peuvent être maintenues. Nous mesurons le temps de cohérence de spin et la durée de vie du spin des électrons, des trous ou des excitons dans des nanostructures semi-conductrices tels que des puits quantiques ou des boîtes quantiques et sur différents composés (GaAs, CdTe, CuCl, GaN).

Nous développons pour ces expériences des techniques de spectroscopie femtoseconde pompe-sonde et de mélange à quatre ondes spécifiques à la mesure de l’évolution des spins.

- La géométrie et les dimensions réduites des nanostructures de semi-conducteurs modifient profondément les états électroniques et les processus de relaxation qui gouvernent leur dynamique. Nos études précédentes nous avaient permis de mettre en évidence le rôle important du couplage entre porteurs et phonons dans des puits quantiques contenant des boîtes quantiques de CdZnTe. Nous examinons actuellement la relaxation intra-bande des électrons par émission de phonons optiques sur des échelles de temps ultra-courtes (<100fs) .

- Le silicium est un matériau sur lequel la quasi-totalité de l’électronique actuelle est basée mais dont les propriétés optiques sont relativement médiocres. La formation de nanostructures de silicium sous forme de réseaux poreux ou de nanocristaux permet d’obtenir des propriétés d’émission dans le visible particulièrement intéressantes pour leurs applications à l’optoélectronique. Nous nous intéressons aux processus d’amplification optique dans des nanocristaux de silicium, en mesurant en particulier leur gain, avec pour objectif d’obtenir un matériau efficace pour la fabrication de sources lasers intégrées à l’électronique)  .

- Notre équipement de spectroscopie à basse température nous permet de caractériser les propriétés optiques de différents matériaux développés à l’IPCMS. En collaboration avec le DCMI, nous nous intéressons à des composés bi-fonctionnels lamellaires où les propriétés émissives de composés organiques sont associées aux propriétés magnétiques de couches de nickel ou de cobalt). Nous étudions également la photoluminescence de nanocristaux d’oxyde de titane (TiO2) pour leurs propriétés photo-catalytiques. Nous avons en particulier montré une corrélation entre la baisse de l’intensité de lumière émise avec la température et la réactivité des particules.

ACTIVITES

Boîtes quantiques de semiconducteurs : dynamique de relaxation

Nanocristaux de oxyde de titane

Pompage optique dans des nanostructures basées sur le silicium

Dynamique des spins dans les semiconducteurs

Membres de l’équipe :

Maître de conférences, Optique Ultra-rapide et Nanophotonique (DON)Mathieu.Gallart@ipcms.unistra.fr
Tél: +33(0)3 88 10 71 93Bureau: 2111
Directeur de Recherche, Optique Ultra-rapide et Nanophotonique (DON)Pierre.Gilliot@ipcms.unistra.fr
Tél: +33(0)3 88 10 71 49Bureau: 2111
Doctorant en co-tutelle, Optique Ultra-rapide et Nanophotonique (DON)adrien.girault@ipcms.unistra.fr
Tél: +33(0)3 88 10 71 48Bureau: 1207
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Doctorant, Optique Ultra-rapide et Nanophotonique (DON)daniel.siebadji@ipcms.unistra.fr
Tél: +33(0)3 88 10 71 48Bureau: 1207
Ingénieur d'Etude, Optique Ultra-rapide et Nanophotonique (DON)Marc.Ziegler@ipcms.unistra.fr
Tél: +33(0)3 88 10 71 93Bureau: 1207
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Publications :

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Boîtes quantiques de semiconducteurs : dynamique de relaxation

Nanocristaux de oxyde de titane

Pompage optique dans des nanostructures basées sur le silicium

Dynamique des spins dans les semiconducteurs