Contrôle électrique de la luminescence de terres rares par du graphène

 

Actuellement un grand nombre de recherches sont menées pour le développement de systèmes optoélectroniques hybrides permettant de tirer profit de plusieurs technologies. Une collaboration internationale associant Espagne (ICFO), France (IRCP),  Italie (Université de Padoue) et les Etat Unis (MIT), a étudié l’association entre du graphène et une couche d’oxyde d’yttrium dopé erbium émettant à la longueur d’onde des télécommunications à 1.5 µm.  Ce film de 60 nm d’épaisseur a été élaboré et optimisé dans le groupe MPOE de l’IRCP dans le cadre de la thématique ’Cristaux et Dynamique des Systèmes Quantique’ animée par Ph. Goldner et A. Ferrier. Nous avons obtenu dans ce système la première démonstration du contrôle de la dynamique de fluorescence de terres rares par un champ électrique. Cet effet est dû à la forte interaction entre graphène et ions erbium, qui se produit selon différents régimes (Figure 1). Ce travail ouvre la voie vers une conversion très rapide et efficace de l’excitation optique en courant dans le graphène. Ceci pourrait à terme conduire à de nouveaux types de transducteurs opto-électroniques adaptés au domaine de la  nano-photonique.  Ces résultats ont été publiés en ligne en Janvier 2015 dans la revue Nature Physics.

Figure 1 : Variation de l’émission de l’erbium pour différentes polarisation du graphène. La polarisation du graphène par un champ électrique modifie son niveau de Fermi. Trois régimes sont identifiés: extinction par transferts d’énergie, blocage de ces transferts et  régime plasmonique dans le graphène.