Thèse (H/F): Transport modifié par une cavité

Sujet de thèse :
Les polaritons de cavité sont des états hybrides lumière-matière résultant du couplage fort entre un mode de cavité et une excitation du matériau. Les propriétés optiques du matériau sont profondément modifiées par l’émergence de tels états. En effet, dans le régime de couplage fort, les polaritons de cavité deviennent les modes brillants du système. Au cours des trente dernières années, la possibilité de créer et de manipuler des états de polaritons de cavité a eu un impact majeur sur l’optique quantique et l’électrodynamique quantique, avec des avancées importantes telles que la réalisation de « chats de Schrödinger » ou l’observation de condensats de Bose-Einstein.
Récemment, plusieurs expériences ont démontré que l’émergence d’états hybrides lumière-matière peut avoir un impact sur d’autres propriétés physiques, telles que le transport de charge ou d’énergie, les réactions chimiques, les transitions de phase et la thermodynamique. Grâce à ces démonstrations, l’importance du couplage fort lumière-matière s’est étendue bien au-delà de l’électrodynamique vers d’autres domaines de la physique et de la chimie.
Ce projet de thèse consiste en une étude expérimentale et théorique de l’impact du couplage fort lumière-matière sur le transport de charge. Deux types d’excitations matérielles seront étudiés : (a) un plasmon confiné dans une couche de semi-conducteur fortement dopée ; (b) un mode vibrationnel de l’eau confiné dans un matériau poreux, fabriqué en collaboration avec Marco Faustini au LCMCP (Sorbonne Université). Nous utiliserons comme plateforme photonique un métamatériau basé sur un réseau périodique de résonateurs métal-diélectrique-métal. Cette plateforme photonique est particulièrement bien adaptée au confinement du rayonnement infrarouge moyen dans des régions à longueurs d’onde bien inférieures à la longueur d’onde caractéristique, grâce à la présence de métaux qui font également office de contacts électriques.
Nous avons déjà mis en évidence un régime de couplage fort lumière-matière sur ces deux plateformes matérielles en réalisant des expériences de réflectivité. Dans les deux cas, l’intensité du couplage est déterminée par la densité extrêmement élevée de dipôles, donnant lieu à une réponse collective. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous étudierons le transport de charge dans ces systèmes, où l’existence de polaritons ne fait aucun doute.
Dans le cas des plasmons confinés, nous étudierons le transport vertical et, plus précisément, nous examinerons le transport de charge en tant que moyen de transfert d’énergie d’un courant continu vers un état de polariton capable d’émettre un rayonnement dans l’infrarouge moyen. À cette fin, nous concevrons une hétérostructure semi-conductrice de telle sorte qu’une transition électronique, pouvant être excitée par effet tunnel, soit en résonance avec le mode de polariton. Les mécanismes de cette excitation électrique de
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