Plasmons et magnétoplasmons de Dirac
Les plasmons et magnétoplasmons sont des oscillations collectives des électrons qui modifient fortement la conductivité photo-induite dans les transistors à effet de champ (FET). Cette thématique, historique au sein de l’équipe, explore la physique des ondes de plasma dans les gaz bidimensionnels d’électrons.
Selon la théorie de Dyakonov–Shur, ces ondes de densité de charge — décrites dans un cadre hydrodynamique — peuvent résonner dans la gamme THz et même devenir instables dans le canal 2D d’un FET. Avant l’apparition du graphène, ces phénomènes n’avaient été observés que dans de rares dispositifs à très haute mobilité et à basse température [Appl. Phys. Lett. 92, 212101 (2008)].
Photoconductivité à 540 GHz et 10 K en fonction de la tension de grille pour différentes tensions drain-source. Deux résonances plasma sont clairement visibles et leur facteur de qualité augmente avec la tension appliquée dans le canal du FET. Crédit : Appl. Phys. Lett. 92, 212101 (2008).
Grâce à sa mobilité électronique exceptionnelle et à la forte énergie de ses phonons optiques, le graphène constitue aujourd’hui une plateforme idéale pour étudier ces effets. Des plasmons résonants y ont été observés jusqu’à température ambiante, et leur couplage avec la résonance cyclotron a permis de mettre en évidence des magnétoplasmons de Dirac.
Les recherches actuelles de l’équipe se concentrent sur la photoconductivité THz de ces excitations, en fonction de divers paramètres physiques, afin d’explorer les interactions électron–électron en régime hydrodynamique. En parallèle, l’équipe développe des architectures avancées, telles que des interféromètres de Mach–Zehnder à base de plasmons, ouvrant la voie à de nouvelles applications en optoélectronique THz.