Pérovskites en cavité – PEROCAI

Les microcavités verticales (de type Pérot-Fabry) fonctionnant dans le régime de couplage fort sont très étudiées dans le contexte du laser à polariton et de la condensation de Bose-Einstein en phase solide. Les effets de cohérence et de stimulation ont été récemment démontrés dans les semiconducteurs inorganiques ‘conventionnels’, les effets physiques sont observés à basse température dans ces structures. Jusqu’à présent, les essais tentés pour étudier ces processus physiques avec des matériaux organiques ont échoué. Dans ce projet, nous proposons d’utiliser des puits quantiques organique-inorganique comme matériau actif dans des microcavités verticales pour démontrer l’existence d’effets stimulés à température ambiante.
Les puits quantiques moléculaires utilisés dans cette étude appartiennent à la famille des pérovskites, des molécules hybrides organique-inorganique. L’arrangement à l’échelle nanométrique de ces composés organique-inorganique donne lieu à des propriétés électroniques et optiques spéciales, qui ne sont ni les propriétés du composant organique seul ni les propriétés du composant inorganique seul. Les pérovskites que nous étudions s’auto-assemblent en une structure multi-feuillets formant une structure bidimensionnelle qui a les caractéristiques d’un semiconducteur et qui montre des propriétés de fort confinement quantique. Parce que le régime de couplage fort en microcavités verticales a été atteint à température ambiante et parce que l’énergie de l’exciton peut être facilement adaptée, les couches de pérovskite sont de bons candidats pour être utilisées comme matériau actif dans des microcavités verticales et pour étudier les effets polaritoniques.

Le projet est divisé en deux grandes parties :
- Premièrement, force est de constater le manque d’informations sur les propriétés optiques et électroniques de ces molécules hybrides appartenant à la famille des pérovskites. Il existe donc un intérêt fondamental à déterminer la structure de bandes ainsi que les propriétés électroniques et excitoniques de ce système bidimensionnel quasi-idéal. De plus, une bonne compréhension des puits quantiques de pérovskite est nécessaire avant d’observer les effets de stimulation sur des états polaritoniques construits à partir des excitons de ces puits quantiques et du photon de la cavité. Enfin, les pérovskites organique-inorganique sont aussi étudiées dans le but d’être utilisées dans des OLEDs (Organic Light Emittig Diodes) ou dans des transistors hybrides organic-inorganique. Une meilleure compréhension des propriétés électroniques et optiques permettra de dégager des pistes d’optimisation de ces composants.
- Deuxièmement, des nouvelles microcavités contenant des pérovskites optimisées et présentant un grand facteur de qualité seront réalisées. La physique de ces nouveaux polaritons est inexplorée. Par conséquent, nous allons étudier la dynamique et les effets de relaxation de ces polaritons. Enfin, nous mènerons des expériences destinées à observer des effets stimulés sur ces états de polariton.