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Nanostructures et systèmes quantiques
Thèmes de rechercheLes recherches réalisées dans cette équipe se situent en grande partie dans la mouvance de l’information quantique, de l’électronique de spin et de l’électronique moléculaire.
Elles ont pour but le contrôle et la manipulation des propriétés électroniques, vibrationnelles ou magnétiques de nanostructures de semiconducteurs ou de polymères. Les systèmes étudiées sont des boîtes quantiques semiconductrices, nanofils inorganiques et organiques, puits quantiques semi-magnétiques, couches nanométriques de semiconducteurs ferromagnétiques, nanocavités semiconductrices phononiques.
En lien avec les thématiques de l’information quantique, l’un des objectifs est d’étudier et de contrôler, à l’échelle de nano-objets individuels, les propriétés de cohérence spatiale et temporelle des excitations électroniques. La création et la manipulation d’états quantiques, en particulier macroscopiquement cohérents, par des expériences de contrôle cohérent à deux faisceaux ont été réalisées. Le développement d’expérience d’optique quantique pour l’étude de sources à photons uniques est en cours. Les limitations apportées aux propriétés de cohérence temporelle par l’environnement (charges ou spins nucléaires) mais également la possibilité d’utiliser cet environnement pour contrôler les états quantiques (spin) sont activement étudiées.
Dans le domaine de l’électronique de spin, la compréhension des phénomènes liés au spin dans des nanostructures dopées, magnétiques ou non, est fondamentale pour utiliser le spin comme vecteur de l’information. La spectroscopie Raman électronique sous champ magnétique permet l’étude détaillée des excitations collectives et individuelles de spin de gaz d’électrons polarisés en spin en vu de l’utilisation des ondes de spin pour transporter une information. D’autres vecteurs de transport de l’information, les parois magnétiques, sont étudiées dans des semiconducteurs ferromagnétiques modèles permettant une compréhension nouvelle et approfondie de la dynamique de paroi. Les techniques laser pompe-sonde sont utilisées pour la manipulation ultra-rapide de l’aimantation ou d’états de spin dans des nanostructures.
L’ingénierie de phonons se développe grâce à la conception de nanocavités semiconductrices phononiques et à leur étude conjointe par spectroscopie Raman et acoustique picoseconde (en collaboration au sein de l’INSP). La spectroscopie vibrationnelle de nanofils individuels a été développée récemment afin d’étudier les modifications de structure dues à la croissance unidimensionnelle.
La réflexion théorique développée depuis de longues années sur la nature exacte des bosons composites a conduit à une théorie à N corps extrêmement originale proposant une nouvelle représentation diagrammatique. Elle rend possible le traitement de nombreux problèmes ardus tant dans le domaine de l’information quantique qu’en supraconductivité ou en physique nucléaire. Sur le plan expérimental des efforts importants sont consacrés au développement de nouvelles expériences très performantes : spectroscopie (photoluminescence, Raman) de nano-objets uniques couplée à de l’imagerie, techniques pompe-sonde résolue en temps, technique de contrôle cohérent sur nano-objet unique, microscopie par effet Kerr polaire et longitudinal à basse température, Raman électronique sous champ magnétique résolu en angle. La synthèse de nouveaux systèmes polymères aux propriétés remarquables est menée en collaboration avec les équipes de chimistes. En 2011 les activités de l’équipe ont été soutenues par 4 contrats ANR et deux contrats CNano Ile de France
Thèmes de recherche :
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Fils quantiques organiques
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Excitations de basse énergie dans les nanostructures
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Semiconducteurs magnétiques dilués _ Dilute magnetic semiconductors
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Théorie des effets à N corps
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Cohérence de spin
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Nanophononique
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Nano-objets individuels
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