Les charges électriques positives et négatives s'attirent, formant des atomes, des molécules et tout ce que nous appelons habituellement la matière. Les charges négatives, à l’inverse, se repoussent mutuellement, et pour former des objets liés tels que des atomes, une colle supplémentaire est nécessaire afin de compenser cette répulsion électrostatique et de lier les particules ensemble.
Dans un article récemment publié dans la revue Nature Physics, des chercheurs du C2N, au sein d’une collaboration internationale avec l’Université de Southampton (Royaume-Uni), l’Université Trento et le Laboratorio TASC (Italie) a démontré que les photons, les particules qui composent la lumière, peuvent être utilisés pour coller ensemble des charges négatives, créant une nouvelle forme de matière qu'ils ont nommée « Photon Bound Exciton ».
Le résultat met en œuvre expérimentalement une prédiction théorique publiée l'année dernière par la même équipe. Tout d'abord, un nano-dispositif qui piège les électrons dans des puits nanométriques a été mis en œuvre. Il a été montré que les photons d'énergie suffisamment élevée frappant le dispositif extraient les électrons des puits, de manière similaire à l'effet photoélectrique. Par la suite, le système a été enfermé entre deux miroirs d'or, qui piègent les photons et augmentent considérablement l'interaction entre la lumière et la matière. L'équipe a observé qu'un électron chargé négativement expulsé par un photon reste alors piégé dans le puits, lié aux autres électrons chargés négativement dans une configuration électronique maintenant stabilisée par le photon. Au sein de la collaboration internationale, le C2N a été en charge du travail expérimental.
Le résultat démontre la possibilité de concevoir de nouveaux atomes artificiels avec des configurations électroniques « à la carte », élargissant la liste des matériaux disponibles pour les applications scientifiques et technologiques.
Références :
Excitons bound by photon exchange
Erika Cortese1, Linh Tran2, Jean-Michel Manceau2, Adel Bousseksou2, Iacopo Carusotto3, Giorgio Biasiol4, Raffaele Colombelli2 et Simone De Liberato1
Nature Physics (2020)
DOI : https://doi.org/10.1038/s41567-020-0994-6
1 School of Physics and Astronomy, University of Southampton
2 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Université Paris-Saclay), Palaiseau, France
3 INO-CNR BEC Center and Dipartimento di Fisica, Universita di Trento
4 Laboratorio TASC, CNR-IOM, Trieste
Contact :
- Raffaele Colombelli, Directeur de recherche CNRS au C2N
Figure : a) Distribution de la composante du champ électrique orthogonale aux couches métalliques dans une période de la structure. Les résonateurs sont des rubans unidimensionnels (ou des cavités patch 1D) qui encapsulent la région active semi-conductrice. L’image montre que le champ électromagnétique est presque complètement confiné sous les doigts métalliques.
b) Image au microscope optique d'un ensemble d'échantillons.
c) Le montage expérimental utilisé pour les mesures de réflectivité. Il consiste en un microscope fonctionnant dans la gamme spectrale du moyen-infrarouge connecté à un spectromètre FTIR. La source est une lampe globar thermique et le détecteur est un MCT refroidi à l'azote liquide. Un cryostat compact et fin permet d'effectuer des mesures jusqu'à une température de 78 K.
