Un cristal photonique est un matériau présentant une structuration périodique de la constante diélectrique à l’échelle de quelques centaines de nanomètres, si bien que son comportement vis-à-vis d’un photon s’apparente à celui d’un cristal vis-à-vis d’un électron, permettant de nombreuses analogies : bandes interdites photoniques etc. La fabrication de cristaux photoniques, 2D ou 3D, est l’objet de nombreuses études visant à manipuler la propagation et l’émission lumineuse. La réalisation de cristaux photoniques 3D est une tâche complexe. Une solution est d’utiliser des opales, empilements auto-organisés de billes de silice de quelques centaines de nanomètres obtenus par sédimentation. L’équipe « Nanophotonique et optique quantique » étudie comment l’émission lumineuse de nanocristaux de CdSe (il s’agit de sphères de CdSe de quelques nanomètres, dont l’émission s’apparente à celle d’un « atome artificiel » et présente de nombreuses propriétés originales) est modifiée quand on les insère dans un cristal photonique. D’après la règle d’or de Fermi, l’émission doit être inhibée quand elle se fait dans une bande interdite du cristal photonique.

-Le projet en laboratoire visera à caractériser le comportement optique d’une opale, puis à mettre en évidence un effet de cristal photonique sur l’émission de nanocristaux, reproduisant ainsi une partie des expériences publiées récemment dans C. Vion et al., J. Appl. Phys. 105, 113120 (2009). Après une présentation de la structure des opales via l’analyse d’images optiques, MEB et AFM obtenues au laboratoire, les étudiants caractériseront une opale en mesurant son spectre de réflexion à différents angles d’incidence à l’aide d’un goniomètre, et compareront le résultat à la structure de bande photonique obtenue par simulation numérique. Ils mesureront ensuite le diagramme d’émission de nanocristaux infiltrés dans l’opale, afin de mettre en évidence le creux caractéristique de l’effet de cristal photonique.