Spectroscopie térahertz ultra-rapide des matériaux quantiques

Nos yeux sont des détecteurs extraordinaires. Ils peuvent distinguer plusieurs teintes de couleurs, motifs complexes et textures pour nous aider à  identifier les diverses propriétés des objets qui nous entourent. Il peut alors sembler surprenant que la plupart des matériaux qui sont considérés parmi les plus exotiques de par leurs propriétés électroniques, tels que les semi-conducteurs, les supraconducteurs et les semimétaux, ont une apparence visuelle plutôt terne. En fait, ces matériaux seraient très colorés s’il nous était possible de voir la lumière au-delà  de la région du visible. Plusieurs résonances optiques contenues dans la région du spectre électromagnétique correspondant à  l’infrarouge moyen et lointain permettent d’identifier et d’étudier les interactions microscopiques dans ces matériaux. Dans nos laboratoires, nous développons des outils d’analyse optiques ultra-rapides qui ouvrent de nouvelles possibilités de recherche sur la dynamique des états microscopiques dans la matière condensée. Nos sources optiques produisent des impulsions à  large spectre et verrouillées en temps, aussi appelées impulsions térahertz (THz) en référence à  leur fréquence optique d’oscillation, qui sont utilisées pour la spectroscopie ultra-rapide. Récemment, nous avons appliqué cette technique à  un système d’excitons-polaritons qui sont des quasi-particules avec une nature mi-lumière mi-matière qui leur confère des propriétés uniques. À basses températures, ces quasi-particules se regroupent de façon cohérente pour former un état quantique macroscopique dans un processus analogue à  la condensation Bose-Einstein. Notre but est d’améliorer nos connaissances sur ce nouvel état de la matière et de développer des techniques optiques pour éventuellement le contrôler. Cet état quantique pourrait devenir un rouage important des technologies futures de calculs et communications quantiques.

Jean-Michel Ménard est professeur adjoint et responsable du laboratoire de spectroscopie térahertz ultra-rapide à  l’Université d’Ottawa. Il a complété son doctorat en 2010 sous la tutelle de Henry van Driel à  l’Université de Toronto. Il a ensuite obtenu une bourse postdoctorale Alexander von Humboldt pour étudier la dynamique ultra-rapide de transitions de phase quantiques dans les laboratoires de Rupert Huber à  l’Université de Regensburg. En 2014, il s’est joint à  la division de Philip Russell à  l’institut de recherche Max Planck à  Erlangen et est ensuite retourné au Canada en janvier 2016 pour établir un programme de recherche sur les propriétés optiques des matériaux quantiques dans la région du térahertz. Il est membre du Centre Max Planck-uOttawa pour la photonique extrême et quantique et du Centre de recherche en photonique de l’Université d’Ottawa. Ses axes de recherche principaux englobent la spectroscopie térahertz ultra-rapide de matériaux quantiques et le développement d’outils photoniques basés sur la propagation non linéaire d’impulsions optiques dans les fibres optiques à  cristaux photoniques.