Highlight 2

Accueil › Publications › Highlight 2


Les cavités optiques permettent d’améliorer les interactions lumière-matière. Une nouvelle approche expérimentale et théorique étend l’étude aux domaines des radiofréquences avec une résolution sans précédent.

Cartographier le transfert d’énergie entre dipôles dans une cavité optique


La lumière peut être piégée dans une cavité constituée de deux miroirs, concentrant ainsi l’intensité de la lumière et renforçant les interactions lumière-matière. Parmi les différentes applications de ces cavités photoniques, une grande attention a été récemment accordée à leur capacité à contrôler l’échange d’énergie entre des émetteurs quantiques tels que les atomes, les molécules et les boîtes quantiques. Cependant, les tentatives d’amélioration de ce transfert d’énergie ont été entravées par les difficultés expérimentales rencontrées pour contrôler les positions, les orientations et les spectres des émetteurs. Ici, nous caractérisons minutieusement le transfert d’énergie dipôle-dipôle à l’intérieur d’une cavité photonique et fournissons des règles de conception améliorer le rendement des applications dans les cavités optiques.

À l’échelle nanométrique, le transfert d’énergie entre deux éléments sensibles à la lumière est principalement régi par une interaction dipôle-dipôle décrite par un formalisme mathématique connu sous le nom de transfert d’énergie de résonance de Förster (FRET). Nous avons développé une méthodologie générale pour analyser le FRET dans le domaine des radiofréquences. Alors que les recherches précédentes étaient axées sur les fréquences optiques, les expériences dans le régime micro-onde nous permettent de mesurer le transfert d’énergie avec un degré élevé de contrôle sur l’orientation et la position des dipôles. Nous appliquons ensuite notre méthodologie en étudiant le transfert d’énergie entre deux antennes à l’intérieur d’une cavité photonique et nous en déduisons les conditions qui améliorent le transfert.

Cette approche inédite jette un pont entre l’électrodynamique quantique et l’ingénierie micro-onde des interactions dipôle-dipôle. Au-delà de l’intérêt conceptuel, cette méthodologie fournit un outil pratique pour caractériser quantitativement des dispositifs photoniques avec une interaction dipolaire améliorée et peut être facilement appliquée pour cartographier le transfert d’énergie à l’intérieur de systèmes photoniques complexes à très haute résolution.

Figure
Cartographie du transfert d’énergie entre dipôles dans une cavité optique

Cette recherche a été réalisée dans le cadre du laboratoire international associé « ALPhFA : laboratoire associé de photonique franco-australien » et a été financée par le programme Horizon 2020 de recherche et innovation de l’Union européenne, au titre du contrat n° 736937, par l’Agence nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du contrat ANR-17-CE09-0026-01 et par l’initiative d’excellence de l’Université d’Aix-Marseille - A* MIDEX du programme « Investissements d’Avenir ».

Référence :
K. Rustomji, M. Dubois, B. Kuhlmey, C. M. de Sterke, S. Enoch, R. Abdeddaim, J. Wenger, “Direct imaging of the energy transfer enhancement between two dipoles in a photonic cavity”, Physical Review X , mars 2019

Contact : Redha Abdeddaim, Stefan Enoch, Jérôme Wenger