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05.06.2011 - Thèses

L'ingénierie quantique à l'honneur

Emmanuel Lhuillier, jeune chercheur en physique, vient d'être récompensé du prix de thèse 2011 de l'Ecole Polytechnique pour les travaux en optique quantique qu'il a effectués en grande partie à l'Onera, sous la direction d'Emmanuel Rosencher †

Emmanuel Lhuillier a soutenu sa thèse en octobre 2010. Son objet d'étude : les photodétecteurs infrarouge à puits quantique ou QWIP. Ces détecteurs sont utilisés pour des applications d'imagerie infrarouge à bas flux et longueur d'onde éloignée du spectre du visible : astrophysique, vision nocturne, médecine...

Les QWIPs, qui transforment un faible rayonnement infrarouge en mouvement d'électrons, fonctionnent habituellement à la température de 77 K soit la température de l'azote liquide. Dans sa thèse, Emmanuel Lhuillier a entrepris leur caractérisation à la température de 4 K (hélium liquide) afin d'en explorer les limites de performances.

Grâce au travail de modélisation pour lequel il a profité du savoir-faire de son département d'accueil à l'Onera (DOTA - optique théorique et appliquée), Emmanuel Lhuillier a pu élucider les mécanismes physiques dans le transport des électrons, et en particulier mettre en évidence un déplacement électronique défavorable par effet tunnel.

Les applications à cette température seraient embarquées dans des systèmes satellitaires.

image obtenue en microscopie électronique à haute résolution d’une portion d’une structure à puits quantiques parties sombres
La photographie représente l’image obtenue en microscopie électronique à haute résolution d’une portion d’une structure à puits quantiques parties sombres. Les points clairs sont chacun une colonne d'atomes.

La courbe verte supérieure représente les potentiels auxquels sont soumis les électrons dans la structure. Les courbes rouges représentent les fonctions d’onde des électrons piégés dans les puits quantiques. La valeur de la fonction en un endroit de la structure représente la probabilité de présence de l’électron à cet endroit. L’électron passe d’un puits quantique à l’autre par effet tunnel ce qui provoque un courant électrique néfaste au bon fonctionnement du dispositif.

On constate sur la photographie la présence d’irrégularités aux bords des puits quantiques qui favorisent cet effet tunnel. (cliché ONERA/CNRS/TRT/III-V Labs)