La rectification d’un signal optique à l’aide d’un dispositif électronique entièrement métallique constitue un défi pour la nano-optique. Des chercheurs ont sondé expérimentalement le mécanisme microscopique à l’origine de la rectification optique dans des jonctions métal-isolant-métal.
Ces dernières années ont vu d’énormes progrès en plasmonique et en nanophotonique avec la réalisation de nanoantennes optiques, capables de recevoir et d’émettre des rayonnements à des fréquences optiques. La rectification optique décrit un processus optique non linéaire qui peut être exploité par des nanoantennes pour convertir le rayonnement optique en une tension continue, agissant comme un type de détecteur. Malgré des avancées expérimentales récentes dans le développement de sources plasmoniques commandées électriquement, l’interaction entre le transport électronique quantique et l’optique reste mal comprise.
Pour étudier en détail cette interaction, une équipe de chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides a mesuré le courant photo-assisté dans une jonction tunnel métallique planaire sous illumination infrarouge (λ = 1550 nm, Figure). Ce travail vient d’être publié dans la revue Communications Physics. Pour déterminer les mécanismes microscopiques à l’origine de la rectification optique, ils ont comparé le courant tunnel photo-assisté et la caractéristique courant-tension de la jonction mesurée sur une gamme de tension jusqu’ici inexplorée (V > hc/eλ ≈ 0.825 V). Les résultats expérimentaux ne sont pas en accord avec la théorie communément utilisée qui postule l’existence de fonctions de distribution non thermiques. Ces distributions hors d’équilibre supposent un échange de quanta d’énergie entre électrons et photons. Ils ont ainsi montré que la puissance lumineuse induit essentiellement du chauffage et que la rectification observée est en fait un effet Seebeck à travers une barrière tunnel. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives théoriques et expérimentales pour mettre en évidence la distribution des porteurs chauds dans des couches minces métalliques sous illumination.
Figure. Illustration schématique de l’excitation des plasmons optiques de surface sur une jonction tunnel métallique. La configuration de Kretschmann utilisant un prisme en verre comme coupleur de lumière permet la mesure de l’effet tunnel assisté par photons aux fréquences infrarouges.
Référence
Role of optical rectification in photon-assisted tunneling current
P. Février, J. Basset, J. Estève, M. Aprili, J. Gabelli
Communications Physics, 2023, 6, 29
doi: 10.1038/s42005-023-01149-5
Contact
Julien Gabelli
