Une collaboration internationale, dirigée par des scientifiques de l'Université Macquarie, a introduit une nouvelle technique d'optique quantique qui peut fournir un accès sans précédent aux propriétés fondamentales des interactions lumière-matière dans les semi-conducteurs.
La recherche, publiée le 15 janvier dans la revue Nature Physics , utilise une nouvelle technique spectroscopique pour explorer les interactions entre photons et électrons à l'échelle quantique.
Le professeur Thomas Volz, co-auteur de l'étude et chef du groupe de recherche à l'École des sciences mathématiques et physiques de l'Université Macquarie, affirme que ces travaux ont le potentiel de conduire à une percée dans la quête mondiale de technologies photoniques quantiques accessibles.
"Nous avons développé une nouvelle technique qui utilise la cascade quantique radiative, où les photons stockés dans un matériau descendent une échelle de niveaux d'énergie générés lorsque la lumière et la matière interagissent", explique le professeur Volz.
"Cela s'applique même lorsque les interactions sont si faibles que les niveaux d'énergie impliqués qui en résultent étaient auparavant trop proches pour être distingués."
Cette capacité à scruter de plus près le domaine quantique recèle un immense potentiel.
"En comprenant comment ces minuscules particules lumineuses collaborent, nous obtenons des informations précieuses sur les propriétés quantiques des matériaux solides, tels que les semi-conducteurs", explique le professeur Volz.
La technique de l'équipe, qu'ils ont baptisée « spectroscopie de corrélation en cascade de photons », combine le filtrage spectral et l'analyse de corrélation de photons pour révéler les interactions entre les excitons-polaritons semi-conducteurs, qui sont des quasi-particules composées à la fois de photons (lumière) et de matière (excitons). .
Le co-auteur, le Dr Lorenzo Scarpelli, ancien chercheur postdoctoral à l'Université Macquarie et maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, déclare :« La spectroscopie de corrélation de photons en cascade fonctionne un peu comme un microscope pour les photons.
"Nous créons une image dans le temps des photons, ce qui nous indique s'ils ont tendance à voyager ensemble ou non, et nous permet également d'extraire des informations sur la force de leur interaction."
Il dit que la nouvelle technique de l'équipe leur a permis de détecter des interactions impliquant des états liés complexes de trois particules ou plus, qui n'avaient été que théorisées auparavant.
Cette découverte est importante en optique quantique car elle permet aux scientifiques d'exciter et de mesurer directement des transitions spécifiques à un photon unique, ce qui leur permet de caractériser les effets quantiques subtils de quelques particules dans les systèmes à l'état solide et d'identifier des matériaux qui pourraient bien fonctionner dans de nouvelles applications. P>
"Il y a une recherche mondiale pour trouver des matériaux qui nous permettent de contrôler la façon dont les particules de lumière interagissent, afin que nous puissions construire des transistors optiques, des commutateurs optiques très rapides et traiter l'information avec des particules de lumière uniques plutôt qu'avec des électrons", explique le professeur Volz. /P>
"Le matériau hôte de nos expériences est l'arséniure de gallium, mais la technique peut également être facilement appliquée à d'autres matériaux, où nous pouvons nous attendre à observer des effets ou un comportement physique similaires.
"Cette technique nous permettra d'acquérir des informations précieuses sur les propriétés quantiques des matériaux solides."
Plus d'informations : Lorenzo Scarpelli et al, Sondage des corrélations à N corps à l'aide de la spectroscopie de corrélation en cascade quantique, Nature Physics (2024). DOI : 10.1038/s41567-023-02322-x
Informations sur le journal : Physique de la nature
Fourni par l'Université Macquarie
