Smart Waves 2025 - 2D-TERA

Porteurs du projet : Sukhdeep Dhillon et Yanko Todorov

Établissements impliqués : ESPCI Paris - PLS et ENS - PSL

Résumé du projet :  

Les hétérostructures semi-conductrices à base de matériaux 2D — c’est-à-dire l’empilement de plusieurs couches ultra-fines de matériaux différents — ont connu de grands progrès ces dernières années. Des recherches récentes montrent qu’elles peuvent combiner des effets électroniques et magnétiques complexes. Cependant, elles restent peu exploitées et peu efficaces pour manipuler les ondes térahertz (THz), car l’interaction entre la lumière et la matière y est très faible. Cela s’explique par l’extrême finesse de ces matériaux (environ 0,5 nanomètre d’épaisseur), alors que les ondes THz ont une longueur d’onde beaucoup plus grande (environ 300 micromètres).

Le projet 2D-TERA vise à surmonter cette limitation en développant une nouvelle manière de confiner les ondes THz dans toutes les directions, à une échelle plus petite que leur longueur d’onde (on parle de "sous-longueur d’onde"). En concentrant fortement ces ondes autour des matériaux 2D, on pourra renforcer leur interaction avec la matière. Cela permettra de mieux contrôler et moduler l’émission des ondes THz provenant de phénomènes électroniques et magnétiques au sein des hétérostructures 2D.

En particulier, le projet cherchera à amplifier l’émission d’ondes THz via des effets non linéaires et des processus spintroniques (liés au spin des électrons), en augmentant la force de leur interaction avec les matériaux. Pour cela, on utilisera des microcavités spéciales, capables de confiner les ondes à la verticale (grâce à des cavités d’un quart de longueur d’onde) et à la surface (à l’aide de résonateurs plats). Ces derniers seront conçus pour renforcer à la fois les effets magnétiques et électroniques.

2D-TERA est une collaboration inédite entre le LPENS, spécialiste des matériaux 2D pour la photonique THz, et l’ESPCI, experte des cavités THz et des interactions lumière-matière extrêmes. Cette synergie originale posera les bases d’un nouveau champ de recherche : le contrôle des ondes THz à l’échelle d’une seule couche atomique, ouvrant la voie au développement de dispositifs photoniques et optoélectroniques de nouvelle génération basés sur les matériaux 2D.