Des chercheurs modifient le paysage énergétique des phonons dans des nanocristaux

Paquets d’onde vibrationnels qui se propagent dans les solides, les phonons jouent un rôle déterminant en physique de la matière condensée et sont impliqués dans plusieurs propriétés physiques des matériaux.

En nanotechnologie, par exemple, ils affectent l’émission de la lumière et le transport de charge des nanodispositifs. Principale source de dissipation d’énergie dans les systèmes à l’état solide, les phonons constituent le goulot d’étranglement ultime qui limite le fonctionnement des nanomatériaux fonctionnels.

Dans un article qui vient de paraître dans Nature Communications, une équipe de chercheurs de l’INRS menée par le professeur Luca Razzari et leurs collaborateurs européens montrent qu’il est possible de modifier la réponse phononique d’un nanomatériau en exploitant le « champ de vide » d’une nanocavité térahertz, c’est-à-dire le champ électrique associé à l’énergie la plus basse dans un système quantique. Les chercheurs ont réussi à remodeler le paysage énergétique des phonons en générant de nouveaux états hybrides lumière-matière. Pour y arriver, ils ont inséré quelques douzaines de nanocristaux semiconducteurs, plus précisément du sulfure de cadmium, dans des nanocavités spécialement conçues pour résonner à des fréquences térahertz, qui correspondent aux modes phononiques des cristaux.

« Nous avons ainsi apporté des preuves claires de la création d’un nouveau nanosystème hybride avec des propriétés de phonons qui n’appartiennent plus au nanomatériau d’origine », précisent les auteurs.

Porteuse d’applications en nanophotonique et nanoélectronique, cette découverte ouvre de nouvelles perspectives en ingénierie de la réponse phono optique de nanomatériaux fonctionnels. Elle offre également une plateforme innovante pour la réalisation d’une nouvelle génération de transducteurs quantiques et de sources de lumière térahertz.

À propos de la publication

Cette expérience est décrite dans l'article « Reshaping the phonon energy landscape of nanocrystals inside a terahertz plasmonic nanocavity » publié dans Nature Communications. Doi:10.1038/s41467-018-03120-3
X. Jin, A. Cerea, G.C. Messina, A. Rovere, R. Piccoli, F. De Donato, F. Palazon, A. Perucchi, P. Di Pietro, R. Morandotti, S. Lupi, F. De Angelis, M. Prato, A. Toma et L. Razzari ont participé à cette publication qui a bénéficié du soutien financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, de PRIMA Québec, du Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies, de la Compagnia di San Paolo (Italie), du Gouvernement de la Fédération de Russie et de la province de Sichuan (Chine).
Les auteurs de cette publication sont affiliés à l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), à l'Institut italien de technologie (IIT, Italie), à l'Université de Gênes (Italie), au Synchrotron ELETTRA (Italie), à l'Université nationale de recherche sur les technologies de l'information, la mécanique et l'optique (ITMO, Russie), à l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine (Chine) et à l'Université de Rome "La Sapienza" (Italie).
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