Depuis leur découverte en 2014, les excitons de Rydberg à grand nombre principal quantique (n = 10-30) sont apparus comme des objets très fascinants pour l’étude des systèmes fortement corrélés et et pour l’optique quantique non-linéaire, du fait de leur moment dipolaire géant. En effet, la physique des excitons de Rydberg est très similaire à celle, bien connue, des atomes de Rydberg et leurs lois d’échelle sont tout aussi extrême (polarisabilité en n^7, interactions en n^11), promettant des interactions géantes et bien contrôlées dans un solide. Ceci à un double intérêt, à la fois fondamental et pour les technologies quantiques dans un semiconducteur. 

Notre équipe étudie les propriétés fondamentales de différents de semi-conducteurs présentant des excitons de Rydberg (oxyde de cuivre, matériaux 2D type TMD et pérovskite inorganique) en les sondant avec du rayonnement moyen infrarouge ou terahertz, dans les expériences de couplage à deux couleurs. Ces rayonnements correspondent aux énergies typiques de transition entre deux états de Rydberg, permettant ainsi d’explorer des états encore méconnus et prometteurs pour le contrôle cohérent. La diversité de ces matériaux offre des opportunités de collaboration au sein de LPENS (ex. perovskites) et en dehors (oxyde de cuivre, matériaux 2D). Enfin, des structures originales comme ces microcavités THz à grande finesse développée dans notre équipe et les microcavités optiques fibrées développées par l’équipe Nano-Optique (en collaboration avec le LKB) seront utilisées pour booster l’interaction lumière-matière dans ces systèmes et ainsi rendre possible le contrôle cohérent à très petit nombre de particules (photon / exciton uniques).

Cette activité a reçu le support financier de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR JCJC « PIONEEReX ») et du DIM Sirteq (projet NOTOROUS).