Régime de couplage fort de l'électrodynamique quantique en cavité et conséquences pour les molécules et les matériaux

Strong coupling regime of cavity quantum electrodynamics and its consequences on molecules and materials

• Auteur / Autrice : Thibault Chervy
• Direction : Thomas W. Ebbesen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/09/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Atac Imamoglu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyriaque Genet, Guido Pupillo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Angel Rubio, Jaime Gómez Rivas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polaritons

Solides moléculaires

Électrodynamique quantique en cavité

Mots clés libres

Couplage fort lumière-matière

Polariton de cavité

Chimie en cavité

Plasmonique

Light-matter strong coupling

Cavity polariton

Cavity chemistry

Plasmonics

Résumé

Cette thèse présente une étude exploratoire de plusieurs aspects du couplage fort lumière-matière dans des matériaux moléculaires. Différentes propriétés héritées d’un tel couplage sont démontrées, ouvrant de nombreuses possibilités d’applications, allant du transfert d’énergie à la génération de signaux optiques non-linéaires et à l’élaboration de réseaux polaritoniques chiraux. Au travers des thématiques abordées, l’idée d’un couplage lumière-matière entrant en compétition avec les différentes fréquences de dissipation des molécules se révèle être cruciale. Ainsi, la prédominance du couplage cohérent au champ électromagnétique apparaît comme un moyen de modifier les propriétés quantiques des états moléculaires, ouvrant la voie à une nouvelle chimie des matériaux en cavité.

This thesis presents an exploratory study of several aspects of strong light-matter coupling in molecular materials. Different properties inherited from such a coupling are demonstrated, opening the way to numerous applications, ranging from energy transfer to the generation of non-linear optical signals and to the development of chiral polaritonic networks. Through the topics covered, the idea of a light-matter coupling strength competing with the different frequencies of relaxation of the molecules proves to be crucial. Thus, the predominance of the coherent coupling to the electromagnetic field appears as a new mean of modifying the quantum properties of molecular systems, opening the way to a new chemistry of materials in optical cavities.