Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets

Institut National des Sciences Appliquées
135 avenue de Rangueil, 31077 TOULOUSE CEDEX 4 - FRANCE
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Thématiques de recherche

Nos activités s’inscrivent dans le cadre des efforts de recherche sur l’électronique de spin et les technologies quantiques qui sont l’objet d’une forte compétition internationale.

Nos activités sur les propriétés excitoniques et optiques de matériaux bidimensionnels à base de dichalcogènures de métaux de transition ont fortement augmenté. Nous avons récemment fait des avancées importante notamment sur la mesure de l’énergie de liaison de l’exciton, sa structure fine (états brillants et noirs), les caractéristiques des états excités, les effets d’écrantage diélectrique, les dynamiques de recombinaison radiative, les effets Auger, les mécanismes de relaxation de spin/vallée…

Outre les mesures de spectroscopie optique stationnaire ou résolue en temps qui sont la spécialité de l’équipe, la nouveauté ici a été le développement de bancs de fabrication d’échantillons et la fabrication de dispositifs. Ces efforts ont permis d’obtenir des échantillons de très grande qualité et d’avoir un processus très rapide entre les idées physique, la fabrication et la mesure.

Nous poursuivons également nos études poussées sur les propriétés de spin dans plusieurs directions : (a) l’injection ou la détection électrique de spin dans des structures hybrides ferromagnétique/semiconducteur III-V (Spin-LED ou Spin-photocourant) avec les premiers dispositifs fonctionnant sans champ magnétique extérieur ; (b) les effets de recombinaison dépendante de spin dans des matériaux du type GaAsN ou GaAs implanté Gallium, notamment avec la mise en évidence d’oscillations très originales de spin cohérente électron-noyau ; (c) l’ingénierie spin-orbite et ses conséquences sur la dynamique de spin dans des structures GaAsBi/GaAs ; (d) le pompage optique orienté et la dynamique de spin dans des semiconducteurs IV : Ge ou GeSn sur silicium.

En parallèle, l’expertise acquise dans l’équipe est valorisée dans des recherches plus appliquées, en collaboration avec des partenaires publics ou industriels. Ces contrats de recherche concernent en particulier : les télécommunications optiques (ingénierie de structure de bande pour des amplificateurs semi-conducteurs avec Nokia Bell Labs, III-V Lab et APEX Technologies) ; les composants électroniques pour le spatial (étude des effets d’irradiation via le développement de bancs d’irradiation laser ultra-rapide avec la PME TRAD) ; les nanomatériaux pour le photovoltaïque et la photocatalyse ( Cu2ZnSnS4 et WSe2 avec le CIRIMAT à Toulouse).

Etude de l’injection et de la détection électrique de courants polarisés en spin à l’interface métal ferromagnétique /semi-conducteur

a) Injection électrique de spin Etude de l’injection de spin à travers les interfaces Schottky Co/AlGaAs dopé n, Co/ GaAs dopé n, et des interfaces à base de barrières tunnel isolantes Co/Al2O3/GaAs, Co/Al2O3/AlGaAs et CoFe/MgOGaAs, CoFeB/MgO/GaAs injection dans des puits quantique GaAs/AlGaAs et (...)

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Etude des propriétés de Spin des matériaux à base de nitrures fortement dilués : GaAsN massif et puits quantique InGaAsN/GaAs

Collaborations : V. Kalevich , E. Ivchenko , A. Shiryaev , A. Egorov, A.F.Ioffe Phisico-Technical Institute, Politekhnicheskaja, S.Petersburg , Russia JC Harmand LPN CNRS, Marcoussis Technique : Photoluminescence résolue en temps et en polarisation (ps), photoconductivité résolue en (...)

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Etudes des propriétés de spin de nouveaux matériaux à Grands Gaps pour la Spintronique : boîtes quantiques de GaN (cubique ou wurtzite) et ZnO massif.

a) Contrôle de la polarisation en spin des excitons dans de structure p-i-n à base de boîtes quantiques wurtzite InGaN/GaN par application d’un champ électrique externe. b) Etude de la dynamique de spin dans les boîtes quantiques cubique GaN/AlN Collaboration : H. Mariette, Intitut Néel (...)

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Etudes des propriétés Optiques et de Spin dans les boîtes quantiques semi-conductrices

a) Interactions entre spins d’électrons et spin nucléaires dans des boîtes quantiques uniques d’InAs/GaAs (mode de croissance Stranski-Krastanow) et GaAs/AlGaAs (croissance par « dropplet epitaxy ») Objectifs : Manipulation du spin d’un électron en interaction avec 10^5 spins nucléaires dans une (...)

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Nouveaux Matériaux Semi-conducteurs pour les télécommunications Optiques, le Spatial et le Photovoltaïque

Collaborations : Télécommunications : Alcatel-Thales III-V Lab (Marcoussis) ; France Télécom R&D (Lannion) ; ENST (Paris) ; IEMN (Lille) Spatial : CNES Photovoltaïque : ONERA, EDF Technique : Modélisation par méthode kp, Photoluminescence résolue en temps (ps), photocourant, Mesures de (...)

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Study of excitonic and spin-valley properties in transition metal dichalcogenide (TMDC) monolayers

CONTEXT. Layered materials are known for centuries. Nevertheless, the potential of these materials has been re-considered during the past decade thanks to the investigation of individual layers obtained by mechanical or chemical exfoliation. When thinned down to one monolayer, these materials (...)

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