Des chercheurs de l'université de Valence (UV) ont découvert un semi-conducteur bidimensionnel dont les excitons sont orientés d'une manière nouvelle, ouvrant la voie à la génération de puces photoniques intégrées.

La deuxième révolution quantique qui se déroule aujourd'hui est menée en Europe par le programme Quantum Flagship, qui entend faire passer les procédés quantiques du laboratoire au marché. Dans les nouveaux matériaux bidimensionnels, comme le graphène ou les semi-conducteurs bidimensionnels, les phénomènes quantiques sortent de leur domaine traditionnel des basses températures pour apparaître même à température ambiante. Ce fait, ce qui est très inhabituel, a contribué à ce que les semi-conducteurs bidimensionnels soient l'un des principaux points focaux de Quantum Flagship pour créer des technologies de rupture qui cèdent la place à des dispositifs commercialisables qui tirent parti des propriétés quantiques de la lumière et de la matière avec, par exemple, utilise dans le domaine du cryptage des signaux et des communications sécurisées.

Dans les semi-conducteurs, la particule responsable des processus d'absorption et d'émission de lumière est l'électron-trou connu sous le nom d'exciton. Connaître et maîtriser les propriétés des excitons dans les semi-conducteurs bidimensionnels est essentiel pour le développement des technologies quantiques qui seront développées dans le cadre du Quantum Flagship. Dans la mesure où la répartition des excitons d'un semi-conducteur bidimensionnel peut à elle seule définir quel type de dispositif optoélectronique peut être fabriqué pour tirer parti de la lumière quantique que le semi-conducteur bidimensionnel peut émettre.

Les excitons des semi-conducteurs étudiés jusqu'ici ont une orientation essentiellement horizontale, avec les avantages et les limites que cela comporte. Cependant, un groupe de recherche de l'Institut des sciences des matériaux (ICMUV) et du Département de physique appliquée et d'électromagnétisme de l'Université de Valence (UV), en collaboration avec un groupe de l'Université Heriot-Watt du Royaume-Uni, ont montré que les excitons du semi-conducteur bidimensionnel séléniure d'indium (InSe) sont orientés perpendiculairement au plan atomique, contrairement au reste des semi-conducteurs bidimensionnels découverts jusqu'à présent.

Cette nouvelle orientation des excitons ouvre les portes à la création de dispositifs optoélectroniques plats basés sur des matériaux bidimensionnels où la lumière quantique émise horizontalement peut être soutenue et transportée avec une relative facilité au moyen des flocons d'InSe en couches.

Le groupe de l'ICMUV et le Département de Physique Appliquée, composé de Daniel Andrés Penares, Rodolfo Enrique Canet Albiach, Marie Krecmarova, Alejandro Molina Sánchez, Juan P. Martínez Pastor et Juan F. Sánchez Royo, participe à l'un des 20 consortiums retenus pour la première phase du Quantum Flagship. Ils l'ont fait avec leur projet nommé S2QUIP "Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics, " où ils développeront des circuits de photonique quantique en intégrant des matériaux semi-conducteurs bidimensionnels compatibles avec la technologie CMOS, souvent utilisé lors de la fabrication de circuits intégrés traditionnels. Développé dans ce cadre, les travaux pourraient résoudre bon nombre des goulots d'étranglement décrits par les plans de travail des États-Unis et de l'UE pour le développement de technologies commercialisables pour l'information quantique.