Absorption record dans les THz et à température ambiante dans des semi-conducteurs grâce aux propriétés des oscillateurs harmoniques
L'oscillateur harmonique est un concept fondamental de la physique : les pendules, les modes de vibration des molécules, les circuits électriques résonants et bien d'autres systèmes peuvent être modélisés comme des oscillateurs harmoniques. Compte tenu de l'étendue de son utilisation, la mise en œuvre expérimentale de tels oscillateurs - aussi fidèlement que possible - reste un défi de taille.
L'approche classique pour mettre en œuvre des oscillateurs harmoniques consiste à donner une forme parabolique au potentiel énergétique du système. L'obtention d'un tel potentiel dans des systèmes semi-conducteurs, où ce dernier est normalement régi par le réseau cristallin, présente le défi d'adapter le potentiel tout en maintenant une très haute qualité de matériau.
En utilisant une technique de croissance épitaxiale innovante, une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'université de Waterloo (Canada) et du C2N (France) a fait la démonstration de réseaux d'oscillateurs harmoniques sur une plateforme de semi-conducteurs en implémentant fidèlement des potentiels paraboliques avec des puits quantiques semi-conducteurs. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
Une telle démonstration est particulièrement pertinente pour la physique et la technologie du THz. Les dispositifs optoélectroniques THz, tant émetteurs que détecteurs, font l'objet de recherches intenses en vue d'applications dans les domaines des communications, de la médecine, de la sécurité et des sciences fondamentales. Cependant, la température affecte dramatiquement leurs performances et leur fonctionnement n'est possible qu'à des températures cryogéniques.
Une propriété particulière des potentiels harmoniques, lorsqu'ils sont utilisés pour confiner les électrons, est leur robustesse contre les fluctuations de température. C'est exactement ce que la collaboration a démontré : un système qui présente un comportement robuste d'oscillateur harmonique à une fréquence de 3 THz, jusqu'à température ambiante. De plus, la fréquence d'oscillation est largement indépendante du dopage et de la température.
Ces potentiels harmoniques de très haute qualité réalisés à partir de semi-conducteurs ouvrent de nouvelles perspectives pour la science et la technologie du THz et sub-THz.
Référence:
C. Deimert, P. Goulain, J.-M. Manceau, W. Pasek, T. Yoon, A. Bousseksou, N. Y. Kim, R. Colombelli, and Z. R. Wasilewski, "Realization of Harmonic Oscillator Arrays with Graded Semiconductor Quantum Wells," Phys. Rev. Lett. 125(9), 097403 (2020).
Publié dans Physical Review Letters
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.097403
Contact C2N:
Raffaele Colombelli / raffaele.colombelli@c2n.upsaclay.fr
