Couplage lumière et matière —

L’interaction de la lumière et de la matière à l’échelle nanométrique est un aspect essentiel de la nanophotonique. Les nanosystèmes résonnants permettent aux scientifiques de contrôler et d’améliorer l’énergie électromagnétique à des volumes inférieurs à la longueur d’onde de la lumière incidente. En plus de permettre une capture beaucoup plus efficace de la lumière du soleil, ils facilitent également l’amélioration du guidage des ondes optiques et du contrôle des émissions. Le fort couplage de la lumière avec l’excitation électronique dans les matériaux à l’état solide génère des états photoniques et électroniques hybrides, appelés polaritons, qui peuvent présenter des propriétés intéressantes telles que la condensation de Bose-Einstein et la superfluidité.

Une nouvelle étude publiée dans la revue Matériaux naturels, présente les progrès du couplage lumière-matière à l’échelle nanométrique. Des chercheurs dirigés par le physicien du LMU, le Dr Andreas Tittl, ont développé une métasurface qui permet de forts effets de couplage entre les dichalcogénures de métaux légers et de transition (TMDC). Cette nouvelle plate-forme est basée sur les états liés photoniques dans le continuum, appelés BIC, dans le disulfure de tungstène nanostructuré (WS₂). L’utilisation simultanée de WS₂ en tant que matériau de base pour la fabrication de métasurfaces à résonances aiguës et en tant que partenaire de couplage soutenant l’excitation du matériau actif ouvre de nouvelles possibilités pour la recherche d’applications polaritoniques.

Une percée importante dans cette recherche est le contrôle de la force de couplage, qui est indépendante des pertes dans le matériau. Parce que la plate-forme de métasurface est capable d’intégrer sans difficulté d’autres TMDC ou matériaux excitoniques, elle peut fournir des informations fondamentales et des concepts de dispositifs pratiques pour les applications polaritoniques. De plus, le concept de la métasurface nouvellement développée fournit une base pour des applications dans les lasers à semi-conducteurs contrôlables à bas seuil, l’amélioration photocatalytique et l’informatique quantique.