Physiciens de Suisse, Allemagne, et la France ont découvert que les ondes acoustiques de grande amplitude, lancé par des impulsions laser ultracourtes, peut manipuler dynamiquement la réponse optique des semi-conducteurs.

L'un des principaux défis de la recherche en science des matériaux est d'obtenir une haute accordabilité des propriétés optiques des semi-conducteurs à température ambiante. Ces propriétés sont régies par des "excitons, " qui sont des paires liées d'électrons négatifs et de trous positifs dans un semi-conducteur.

Les excitons sont devenus de plus en plus importants dans l'optoélectronique et les dernières années ont vu une augmentation de la recherche de paramètres de contrôle - température, pression, champs électriques et magnétiques, qui peuvent ajuster les propriétés excitoniques. Cependant, des changements modérément importants n'ont été obtenus que dans des conditions d'équilibre et à basse température. Changements importants aux températures ambiantes, qui sont importants pour les applications, ont jusqu'à présent fait défaut.

Ceci vient d'être réalisé dans le laboratoire de Majed Chergui à l'EPFL au sein du Lausanne Center for Ultrafast Science, en collaboration avec les groupes théoriques d'Angel Rubio (Institut Max-Planck, Hambourg) et Pascal Ruello (Université du Mans). Publication dans Avancées scientifiques , l'équipe internationale montre, pour la première fois, contrôle des propriétés excitoniques à l'aide d'ondes acoustiques. Pour faire ça, les chercheurs ont lancé une haute fréquence (des centaines de gigahertz), onde acoustique de grande amplitude dans un matériau à l'aide d'impulsions laser ultracourtes. Cette stratégie permet en outre la manipulation dynamique des propriétés des excitons à grande vitesse.

Ce résultat remarquable a été atteint sur du dioxyde de titane à température ambiante, un semi-conducteur bon marché et abondant qui est utilisé dans une grande variété de technologies de conversion d'énergie lumineuse telles que le photovoltaïque, photocatalyse, et des substrats conducteurs transparents.

"Nos résultats et la description complète que nous offrons ouvrent des perspectives très intéressantes pour des applications telles que les dispositifs acousto-optiques bon marché ou dans la technologie des capteurs pour les contraintes mécaniques externes, " précise Majed Chergui. " L'utilisation d'ondes acoustiques à haute fréquence, que celles générées par des impulsions laser ultracourtes, alors que les schémas de contrôle des excitons ouvrent une nouvelle ère pour l'acousto-excitonique et l'active-excitonique, analogue à la plasmonique active, qui exploite les excitations plasmoniques des métaux."

"Ces résultats ne sont que le début de ce qui peut être exploré en lançant des ondes acoustiques à haute fréquence dans les matériaux, " ajoute Edoardo Baldini, l'auteur principal de l'article qui est actuellement au MIT. "Nous prévoyons de les utiliser à l'avenir pour contrôler les interactions fondamentales régissant le magnétisme ou déclencher de nouvelles transitions de phase dans des solides complexes."