Points quantiques colloïdaux en semi-conducteurs : des matériaux hautement non linéaires pour les dispositifs photoniques ultrarapides à basse puissance. [Colloidal semiconductor quantum dots: highly nonlinear materials for low-power high-speed photonic devices]
Le fonctionnement de nombreux composants photoniques est basé sur des non-linéarités optiques. Ces composants font l'objet d'améliorations constantes au niveau de leur taille, de leur consommation d'énergie et de leur vitesse de fonctionnement, en partie pour s'aligner sur les évolutions technologiques, mais aussi pour parvenir à leur intégration dans des micro-circuits électroniques. Or, le silicium utilisé dans les micro-circuits ne possède pas de très bonnes caractéristiques optiques, car sa bande interdite est indirecte et sa non-linéarité faible. Les avantages des technologies silicium en termes de coûts et développement ne sont de ce fait pas accessibles aux dispositifs photoniques. Notre projet émane de l'idée d'associer au silicium une couche de points quantiques colloïdaux (PQC, aussi appelés « boîtes quantiques »). Il s'agit de nanocristaux de matériau semi-conducteur dont la structure électronique est modifiée par le confinement quantique : la bande interdite varie avec leur diamètre et les niveaux de la bande de conduction et de valence sont réellement discrets. Sachant que ces PQC ont une très forte susceptibilité non linéaire, nous attendons une amélioration substantielle des non-linéarités optiques dans des composants au silicium recouverts de PQC, ce qui permettrait la fabrication de dispositifs photoniques basés sur les technologies du silicium. Ce programme sera réalisé en collaboration avec deux groupes de l'université de Gand qui sont complémentaires du nôtre: le département de physique et chimie des nanostructures et le groupe de recherche en photonique. [Many optical components are based on nonlinear optical effects. These components are constantly improved, with respect to their size, power consumption and processing speed, partly to follow the technological progress, but also to integrate them in electronic micro-circuits. Unfortunately, due to its indirect bandgap and low nonlinear coefficient, silicon used in micro-circuits is not efficient from an optical point of view. The advantages of silicon technology, in terms of costs and developements, are therefore not available for photonic devices. Our project aims to functionalize silicon with a layer of colloidal quantum dots. These quantum dots are nanocrystals of semiconductor material, in which the electronic structure is modified by quantum confinement: the bandgap varies with the diameter of the dots, and the conduction and valence bands are really discrete. It is known that such quantum dots present a very high nonlinear susceptibility, so that we expect a significant increase of the nonlinear optical response in silicon structures that are covered with a layer of quantum dots. This increase of nonlinearity should allow for the fabrication of photonic devices based on the silicon technolgy. This project will be performed in collaboration with two groups of the Ghent university, which are complementary to our: the Department of physics and chemistry of nanostructures, and the Photonic research group.]
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