Emission de structures métal/semiconducteur
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Contacts : Joël BELLESSA, Clémentine SYMONDS, Jean Michel BENOIT, Alban GASSENQ
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Couplage fort plasmons/exciton organique
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Dans cette partie, nous nous intéressons à l’hybridation d’un mode de plasmon de surface avec les excitons supportés par différents matériaux semiconducteurs. Dans ce régime de couplage fort lumière/matière, les excitations moléculaires s’hybrident avec les modes de plasmon pour former des polaritons. Ces états hybrides lumière/matière sont décalés en énergie par rapport aux états initiaux, et séparés à la résonance par l'énergie de Rabi. |
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Ce type de régime peut être obtenu avec des molécules organiques [1] ou inorganiques de type puits quantiques [2], mais également avec différents types de structures plasmoniques : plasmons de surface, plasmon localisés [3], plasmon de type Long Range [4]. |
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Enfin, une particularité importante de ce régime de couplage fort est qu’il permet de coupler de manière cohérente des molécules initialement indépendantes, et ce sur une échelle allant jusqu'à des dizaines de microns. Cela a été mis en évidence par des interférences obtenues à partir de molécules indépendantes séparées de plusieurs microns [5]. Nous avons en particulier exploité ce phénomène pour réaliser un nouveau type de métasurfaces polaritonique [6]. Ici la distance nécessaire pour obtenir l’effet effectif (propriétés moyennées sur la structuration) est la longueur de cohérence et non la longueur d’onde. Un gain de deux ordres de grandeur est ainsi obtenu sur la taille de structuration. Cette cohérence étendue est également particulièrement prometteuse pour réaliser des transferts dénergie à longue distance entre différentes molécules. |
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[1] J. Bellessa, C. Bonnand, J. C. Plenet, and J. Mugnier. Phys. Rev. Lett. 93, 036404 (2004). [2] J. Bellessa, C. Symonds, C. Meynaud, J.C. Plenet, E. Cambril, A. Miard, L. Ferlazzo, and A. Lemaitre. Phys. Rev. B 78, 205326 (2008). [3] J. Bellessa, C. Symonds, K. Vynck, A. Lemaitre, A. Brioude, L. Beaur, J.C Plenet, P. Viste, D.Felbacq, E. Cambril, and P. Valvin. Phys. Rev. B 80, 033303 (2009). [4] K. Chevrier, J.M. Benoit, C. Symonds, J. Paparone, J. Laverdant, and J. Bellessa. ACS Phot. 5, 80 (2018). [5] S. Aberra Guebrou, C. Symonds, E. Homeyer, J.C. Plenet, Yu.N. Gartstein, V.M. Agranovich, and J. Bellessa. Phys. Rev. Lett. 108, 066401 (2012). [6] K. Chevrier, J. M. Benoit, C. Symonds, S. K. Saikin, J. Yuen‐Zhou, J. Bellessa. Phys. Rev. Lett. 122, 173902 (2019). |
Sources à mode Tamm
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Les plasmons Tamm sont des modes de surface apparaissant à l’interface entre une couche métallique et un miroir de Bragg. Nous exploitons les particularités de ces modes liées à leur nature hybride métal/diélectrique [1] (faibles pertes, confinement spatial versatile) pour réaliser de nouvelles sources de lumière. L’une de leurs propriétés marquante est qu’ils peuvent être très facilement confinés latéralement en agissant uniquement sur la partie métallique de la structure. |
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Nous avons en particulier mis en évidence qu’un effet laser pouvait être obtenu dans des structures à mode Tamm confiné, formées par un micro-disque d’argent déposé sur un miroir de Bragg semiconducteur incluant des puits quantiques [2]. Ce confinement permet de réduire le seuil laser, mais également de contrôler la polarisation de l’émission en utilisant une structure métallique anisotrope [3]. |
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Par ailleurs, ces modes coexistant avec le plasmon de surface supporté par l’interface air/argent, il est également possible de les exploiter pour réaliser un nouveau type de générateur à plasmons [4]. Ce nouveau type de source à mode Tamm, à la frontière entre laser et spaser, permettra à terme le développement de micro-lasers parallèles injectés électriquement, dont les propriétés pourraient être très facilement contrôlées par la géométrie de la couche métallique. |
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