Eclairons les puits quantiques !

Henri Bachau, de l’Université de Bordeaux et Lampros Nikolopoulos, de la Dublin City University collaborent ensemble depuis presque dix ans dans le domaine de la physique quantique. Après avoir participé conjointement à plusieurs programmes COST européens, ils ont bénéficié en 2015 du programme de financement de l’ambassade PHC Ulysses.

Les électrons confinés dans un puits quantique

Leur projet de recherche s’intéresse à l’étude théorique des électrons confinés dans un puits quantique et à leurs interactions avec un champ laser.

Comme l’explique Henri Bachau, « les puits quantiques sont à la base de nombreux dispositifs semi-conducteurs.

Pour donner une image simple d’un puits quantique à notre échelle, imaginons un creux sphérique avec une bille à l’intérieur, on dit qu’elle est confinée. Au repos la bille se positionne au fond du puits. Si on lui donne de la vitesse, (c’est-à-dire de l’énergie) elle acquiert un mouvement périodique et peut éventuellement sortir du creux.

Revenons maintenant à l’échelle microscopique, plus précisément à l’échelle du nanomètre (1 nanomètre=10-9 mètres). La bille est un électron, le creux est un puits quantique (en pratique formé par des couches de matériaux différents) et la dynamique de l’électron est régie par la mécanique quantique. »

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Modèle informatique d’un puits quantique

Comment décrire théoriquement ce qu’il se passe dans le puits ?

« Lorsqu’il y a plusieurs électrons dans le puits quantique, chacun en interaction avec tous les autres, la description théorique de la dynamique électronique dans le puits est un problème complexe qui nécessite l’utilisation de méthodes numériques sophistiquées et de calculateurs puissants.

L’exemple typique de dynamique électronique est celui de deux électrons préparés dans un état dit « métastable » ; dans cette configuration les électrons sont confinés ou piégés dans le puits durant un certain temps (en général supérieur à la picoseconde, ou 10-12 s), puis l’un des deux électrons est éjecté du puits quantique. On parle alors de « durée de vie » de l’état métastable, on peut accéder à ce paramètre important en étudiant l’interaction d’un laser avec les électrons piégés dans le puits. Ce type d’étude est l’exemple même d’une problématique qui soulève en amont des problèmes fondamentaux avec en aval des applications potentielles importantes, puisque les propriétés des semi-conducteurs sont étroitement liées aux caractéristiques de leurs structures électroniques. »

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Portraits des deux chercheurs, à gauche L. Nikolopoulos et à droite H. Bachau

Pour en savoir plus

Henri Bachau est Directeur de Recherches au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et travaille au Centre des Lasers Intenses et Application (Unité Mixte de Recherche du CNRS-CEA-Université de Bordeaux). Lampros Nikolopoulos est « SFI Stokes Lecturer » àl’Université de la ville de Dublin (DCU).

Henri Bachau et Lampros Nikolopoulos ont notamment collaboré sur les actions COST CUSPFEL (2008-2012) et Xlic (2013-2017)

publié le 06/08/2015

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