Projet ANR-07-JCJC-0153 – CASTEL : CArbon nanotubeS for TELecommunications applications
Programme : Jeunes chercheuses & jeunes chercheurs (JCJC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES - INSA DE RENNES (INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES - INSA DE RENNES)
Partenaires : Institut national des sciences appliquées de Rennes
Montant : 115728.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : La forme quasi-unidimensionnelle des nanotubes de carbone (NTC), à l'origine de leurs propriétés optiques excitoniques particulières, leur confère un fort potentiel pour les applications télécoms autour de 1,55microns. En particulier, la régénération du signal optique dans les systèmes de transmission haut-débit par fibre optique à longue distance, basée sur les absorbants saturables (AS), nécessite des composants optoélectroniques à temps de réponse ultra-rapide (défini à 1/e du maximum), à fort contraste (entre les états ON/OFF) et à faible fluence seuil de saturation (FS, définie à mi-saturation). Les AS basés sur les propriétés excitoniques des multipuits quantiques (MPQ) insérés en microcavité, ont déjà démontré un fort potentiel pour la régénération du signal. La croissance de ces nanostructures 2D à MPQ s'effectue par épitaxie de jets moléculaires (EJM) et des techniques de dopage des puits in-situ ou d'irradiation des puits ex-situ ont été développées pour réduire le temps de réponse des MPQ de l'échelle nanoseconde à l'échelle picoseconde. Le but de ce projet est de démontrer que la dynamique ultra-rapide intrinsèque et les fortes nonlinéarités excitoniques de type 1D des NTC en cordes, dans le domaine de longueurs d'onde des télécoms, font de ces nanomatériaux les candidats principaux pour remplacer les AS basés sur les MPQ pour les applications télécoms. De plus, ces systèmes 1D prennent une place originale entre les nanostructures semiconductrices 2D et 0D habituellement étudiées, que sont les MPQ et les boîtes quantiques (BQ), respectivement, dont la croissance est réalisée par EJM. Pour l'instant, le temps de réponse des BQ (à 1/e) se situe à l'échelle de quelques centaines de picosecondes et les techniques d'irradiation ex-situ ou de dopage in-situ doivent être développées pour le réduire. De plus, le coefficient d'absorption d'une couche de BQ est six fois plus faible que celui d'un seul PQ, ce qui nécessite en conséquence la croissance d'un nombre de couches de BQ plus important pour atteindre les mêmes propriétés optiques que les AS à MPQ. Ce projet a pour objectif d'élaborer des AS efficaces et ultra-rapides, à base de NTC insérés technologiquement en microcavités, pour les applications télécoms, en utilisant les sources commerciales bas-coût (comparativement aux techniques d'EJM) fournissant ces systèmes 1D originaux. Dans un premier temps, nous déposerons les NTC sur des substrats en salle blanche, afin d'étudier les propriétés optiques basiques des NTC en cordes grâce à la spectroscopie d'absorption infrarouge (élargissement inhomogène de l'absorption, amplitude de la transmission au niveau de la première transition excitonique des NTC semiconducteurs, autour de 1,55microns) et grâce à des expériences de type pompe-sonde en régime femtoseconde et picoseconde (mesures du temps de réponse, du contraste et de FS). L'effet de l'environnement sera étudié (nature du substrat, NTC enfouis dans un sillon gravé technologiquement). Il faut noter que les NTC déposés forment naturellement des cordes (ou « fagots »), dans lesquelles les interactions entre NTC sont fortes et qui sont justement à l'origine de la dynamique ultra-rapide des porteurs dans les NTC en cordes. Ces caractérisations préliminaires permettront de concevoir la meilleure solution technologique des NTC en microcavité, fabriquée en salle blanche, en considérant les effets thermiques et l'influence de l'environnement sur les propriétés optiques des NTC. L'insertion en microcavité des NTC représente en effet un moyen puissant de renforcer l'interaction lumière-matière et d'obtenir des AS efficaces à base de NTC, nécessaires pour les applications télécoms, avec un plus grand contraste et une plus faible FS que les échantillons de type « simple-passage » (NTC déposés sur substrat). Un tel contraste exalté et une telle FS réduite seront précisément déterminés par des expériences de type pompe-sonde. Des mesures de dichroïsme et l'étude des effets thermiqu