L'institut
Actualité de FEMTO-ST

Vous êtes ici

Une nano-antenne pour imager et caractériser des sources de photons uniques infrarouges

Contexte
Les « quantum-dots » ou « boîtes quantiques » sont des sources lumineuses si petites qu’elles n’émettent qu’un photon à la fois. Leur taille de l’ordre de quelques nanomètres leur confère des propriétés uniques : la longueur d’onde de la lumière qu’ils émettent est contrôlée par leur taille. Pour changer de couleur, il suffit de changer la taille de ces nanosources. Leur nature semi-conductrice leur permet également d’émettre de la lumière sous l’effet d’un courant électrique et inversement de transformer de la lumière en un courant électrique. Les quantum-dots colloïdaux forment actuellement la base de nombreux dispositifs optoélectroniques modernes (LED, photodiodes, écrans, cellules solaires, etc) et de techniques biomédicales de pointe (imagerie in situ). Comme ils émettent la lumière sous forme de photons uniques, ils présentent également de fortes potentialités dans l’ingénierie quantique pour, entre autre, la mise au point de systèmes de sécurité inviolables dans le domaine des télécommunications.
Il parait toutefois difficile d’aboutir à de telles applications et de développer des fonctions de télécommunication à l’aide de quantum dots colloïdaux si ceux-ci n’ont jamais étés imagés et caractérisés individuellement auparavant. Or, si la caractérisation optique des quantum-dots émettant des photons de lumière visible est couramment réalisée au moyen de techniques de microscopie conventionnelles héritées de l’imagerie de molécules fluorescentes, les choses se compliquent avec les quantum-dots dont l’émission photonique a lieu dans l’infra-rouge télécom. En effet, dans ce cas, les microscopes conventionnels à forte résolution spatiale ne sont plus adaptés pour fonctionner à cette gamme de longueur d’ondes.
Travaux réalisés
Dans ce contexte, les chercheurs de FEMTO-ST ont développé un nouveau concept d’imagerie nanométrique reposant sur l’intégration, à l’extrémité d’une fibre optique, d’une nano-antenne métallique qui vient au voisinage d’un quantum-dot unique pour l’illuminer localement et collecter son émission photonique de fluorescence avec une précision spatiale de quelques dizaines de nanomètres. La spécificité de cette nano-antenne sur pointe fibrée inédite repose sur son ouverture en forme de nœud-papillon capable de supporter deux « résonances » optiques : une résonance aux longueurs d’ondes de la lumière visible pour illuminer le quantum dot et une résonance aux longueurs d’ondes infrarouges pour collecter efficacement les photons rayonnés et les transmettre directement dans la fibre optique. Les caractérisations ont été réalisées en insérant la nano-antenne fibrée dans un microscope optique « en champ proche » à balayage. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nano Letters
Perspectives
Ce résultat ouvre la voie à la manipulation de quantum-dots colloïdaux infra-rouges télécom et à leur intégration dans les systèmes. Il marque une étape importante pour l’ingénierie de fonctions optiques quantiques avancées à partir de sources à photons uniques aux longueurs d’ondes télécom à température ambiante. Le greffage d’un quantum dot colloïdal sur l’antenne fibrée pourrait par la suite permettre la réalisation de sources à photons uniques fibrées « à la demande » pour des applications de sécurité dans les télécommunications.

Voir le communiqué de presse du CNRS (pdf, 559 Ko)
Plus d’informations (pdf, 114 Ko)
Contact : Thierry Grosjean

  • Laurent LARGER nommé Fellow 2021 de L’OSA

    Professeur de Physique/optique à l’Université de Franche-Comté et chercheur à FEMTO-ST, Laurent Larger est récompensé pour ses travaux pionniers sur la dynamique non linéaire en optoélectronique et sur le développement de nouvelles architectures pour l’intelligence artificielle photonique.

    Lire la suite
  • Concours CNRS « la Preuve par l'Image »

    Découvrez la sélection des 20 images sélectionnées par le CNRS, dont l’une est présentée par FEMTO-ST, et votez pour désigner la photo « Prix du public ».

    Lire la suite
  • Webconférences sur "e.Micronora"

    Dans le cadre de l’évènement virtuel sur les microtechniques « e.Micronora », FEMTO-ST propose des conférences en ligne le jeudi 24 septembre  au matin. Une opportunité, notamment pour les industriels, de découvrir les ressources mises à disposition par les laboratoires de recherche.

    Lire la suite
  • Imager l’interférence de photons intriqués de dimensionalité géante

    Une équipe d’opticiens a développé un dispositif d’imagerie permettant la résolution spatiale et temporelle du phénomène d’interférence quantique entre des paires de photons intriqués. Ces travaux ouvrent la voie au développement de protocoles d’information à très haute dimension

    Lire la suite
  • Concours posters doctorants : 11 ambassadeurs récompensés

    11 doctorants de 1ère année mis à l’honneur lors de l’Assemblée générale de FEMTO-ST du 10 juillet.

    Lire la suite
  • Fei GAO reçoit le prix «IEEE J.D. Irwin Early Career Award »

    Membre de l'équipe SHARPAC et Directeur-Adjoint de FEMTO-ST, Fei Gao a été récompensé par la société IES de IEEE en raison de ses travaux remarquables dans le domaine de l'amélioration de la fiabilité des chaînes de traction électrique à hydrogène.

    Lire la suite
  • Daniel HISSEL, lauréat de la médaille de l’innovation 2020 du CNRS

    Professeur à l’Université de Franche-Comté, chercheur à FEMTO-ST et co-fondateur d’une start-up pour des piles à hydrogène plus performantes, Daniel HISSEL fait partie des quatre lauréats nationaux de la médaille de l’innovation 2020 du CNRS.

    Lire la suite
  • Une nouvelle source de lumière infrarouge grâce à des cascades de fibres optiques

    Des scientifiques de l’institut FEMTO-ST et de l'Université McGill (Montréal, Canada) ont conçu et développé en collaboration avec trois sociétés françaises une source de lumière couvrant toute la gamme de longueur d’onde de l’infrarouge moyen : de 2 à 10 µm.

    Lire la suite
  • Des cristaux topologiques pour guider les ondes à la surface de l’eau

    Les isolants topologiques ont la propriété d’être conducteurs sur leur surface, mais isolants dans leur volume et permettent un guidage très efficace des ondes par l’ingénierie de la structure de ces matériaux, généralement agencés selon une symétrie hexagonale inspirée de celle du graphène.

    Lire la suite
  • Hommage à Raymond BESSON, « l’homme du quartz à 10-14 »

    Scientifique passionné, professeur à l’ENSMM jusqu’en 2006 et directeur du Laboratoire de Chronométrie, Electronique et Piézoélectricité entre 1978 et 2002, Raymond Besson était réputé dans la communauté internationale du temps-fréquence pour ses résonateurs à quartz et est décédé ce 15 avril.

    Lire la suite

Pages