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Nanospectroscopie d'absorption sans spectromètre

 

Une équipe de l'Institut d'Électronique Fondamentale (CNRS/Université de Paris Sud) en collaboration avec une équipe du Laboratoire de Photonique et Nanostructures (CNRS) et l'équipe du laser à électrons libres CLIO du Laboratoire de Chimie Physique (CNRS/Université Paris-Sud) ont réalisé une spectroscopie d'absorption à l'échelle du nanomètre sans exploiter d'accordabilité spectrale, autrement dit sans spectromètre.

 

L'exploration à l'échelle nanométrique des absorptions optiques, sur des distances beaucoup plus courtes que les longueurs d'onde typiques de la lumière (environ 1 µm), représente un défi fondamental pour le contrôle des propriétés des nanomatériaux. La spectroscopie d'absorption, c'est à dire la mesure de l'absorption en fonction de la longueur d'onde, nécessite  traditionnellement de faire varier la longueur d'onde des spectromètres ou des sources de lumières. Grâce à une nano-imagerie d'absorption ultrafaible, les chercheurs se sont affranchis de ces limitations pour des boîtes quantiques de semi-conducteurs. En analysant la statistique des images formées dans le lointain infrarouge à une longueur d'onde fixe de 25 micromètres, les chercheurs ont pu extraire l'élargissement spectral homogène de cette absorption, mesuré pour la première fois dans ces nanostructures auto-assemblées à température ambiante.

C'est la résolution spatiale de 50 nm qui a permis de mesurer l'élargissement spectral inconnu expérimentalement. Cette résolution spatiale est 500 fois plus petite que la longueur d'onde du laser utilisé, qui limite habituellement les mesures optiques standard. Les chercheurs ont ainsi validé les modèles théoriques qui précédemment prédisaient seuls l'élargissement spectral à température ambiante.

Grâce à une nanotechnologie ad-hoc de collage de couches minces pour l'infrarouge lointain et une mesure photoacoustique locale ultrasensible, les chercheurs ont surmonté l'opacité rédhibitoire du matériau hôte (dans lequel sont insérées ces boîtes quantiques) et ouvert la voie à une spectroscopie localisée sans accordabilité spectrale.

 

nanospectroscopie d'absorption sans spectromètre

L'analyse statistique de la nano-imagerie d'absorption permet d'extraire localement, sans accordabilité de la longueur d'onde, l'élargissement homogène (2.5 meV) de cette absorption. La longueur d'onde λ est de 25 µm soit environ 50 meV. La résolution spatiale est de 50 nm soit λ/500, largement sous la longueur d'onde qui limite habituellement les mesures optiques standard.

 

Site web
Institut d'Électronique Fondamentale (CNRS – Université Paris-Sud 11)
http://www.ief.u-psud.fr
http://pages.ief.u-psud.fr/QDgroup

Contacts chercheurs
Sébastien Sauvage, sebastien.sauvage@ief.u-psud.fr
Philippe Boucaud, philippe.boucaud@ief.u-psud.fr

Référence
Homogeneous broadening of the S to P transition in InGaAs/GaAs quantum dots measured by infrared absorption imaging with nanoscale resolution
S. Sauvage, A. Driss, F. Réveret, P. Boucaud, A. Dazzi, R. Prazeres, F. Glotin, J.-M. Ortéga, A. Miard, Y. Halioua, F. Raineri, I. Sagnes and A. Lemaître, Phys. Rev. B 83,  035302 (10 janvier 2011)

 

 

 

 

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