Résumé - Amélioration de l'intensité des courants photogalvaniques dans une cavité plasmonique van der Waals par l'effet Purcell

Amélioration de l'intensité des courants photogalvaniques dans une cavité plasmonique van der Waals par l'effet Purcell

2025-07-10 17:58:15

{"Xinyu Li","Jesse Hagelstein","Gunda Kipp","Felix Sturm","Kateryna Kusyak","Yunfei Huang","Benedikt F. Schulte","Alexander M. Potts","Jonathan Stensberg","Victoria Quirós-Cordero","Chiara Trovatello","Zhi Hao Peng","Chaowei Hu","Jonathan M. DeStefano","Michael Fechner","Takashi Taniguchi","Kenji Watanabe","P. James Schuck","Xiaodong Xu","Jiun-Haw Chu","Xiaoyang Zhu","Angel Rubio","Marios H. Michael","Matthew W. Day","Hope M. Bretscher","James W. McIver"}

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Cette recherche investigate l'amplification de Purcell des courants photogalvaniques dans le semi-métal van der Waals (vdW) WTe2 en utilisant une cavité auto-formée par des écaillons exfoliés du matériau. L'étude démontre que ces cavités auto-formées peuvent améliorer significativement les courants photogalvaniques THz dans le WTe2 lorsqu'ils sont excités par la lumière, conduisant à une émission cohérente dans le domaine THz du champ proche. L'équipe de recherche, dirigée par Hope Bretscher et James McIver du Max Planck Institute et de l'Université Columbia, a utilisé des circuits optoélectroniques ultrarapides pour mesurer l'émission THz résultant des courants photocourants non linéaires excités aux bords des écaillons de WTe2. Ils ont observé une émission accrue à des fréquences spécifiques qui peuvent être réglées par la dose d'excitation et la géométrie du échantillon, ce qu'ils attribuent à des effets d'interférence plasmoniques contrôlés par les limites de la cavité. L'équipe a développé une théorie analytique qui capte les conditions de résonance de la cavité et la réponse spectrale sur plusieurs dispositifs, établissant ainsi le WTe2 comme émetteur THz sans bruit de polarisation et réglable en géométrie. Les résultats montrent le potentiel de l'ingénierie de cavités auto-formées pour contrôler les dynamiques non linéaires et non équilibrées dans les matériaux quantiques et pourraient mener à de nouvelles applications dans la spectroscopie THz, les communications sans fil et la génération de signaux en puce. Points clés de la recherche : - Les matériaux van der Waals, tels que le WTe2, peuvent former des cavités intrinsèques en raison de leurs petites dimensions finies, confinant les champs électromagnétiques dans les modes de cavité plasmonique. - L'effet Purcell, un marqueur de la quanté électrodynamique dans la cavité, peut se manifester dans des courants non linéaires excités, améliorant le couplage lumière-matière dans les matériaux quantiques. - L'équipe a observé une émission THz accrue dans les cavités auto-formées de WTe2, attribuée à des effets d'interférence plasmoniques contrôlés par les limites de la cavité. - Une théorie analytique a été développée pour décrire les modes de cavité auto-régulés et reproduire les tendances expérimentales. - Les résultats montrent le potentiel de l'ingénierie de cavités auto-formées pour contrôler les dynamiques non linéaires et non équilibrées dans les matériaux quantiques et pourraient mener à de nouvelles applications dans la spectroscopie THz, les communications sans fil et la génération de signaux en puce.