Projet TORNADO
© Ella Maru Studio
Approche multi-échelle et multi-dimensionnelle des
interactions lumière-matière chirales pour améliorer les
réponses chiroptiques
Mots-clés
chiralité, cavités chirales, attoseconde, femtoseconde, nanoseconde, matériaux chiraux, topologie, dichroïsmes, spin-orbite optique, résonateurs plasmoniques, électrons, chiralité supramoléculaire, spectroscopie chiroptique
Résumé
TORNADO est un projet interdisciplinaire liant chimie, sciences des matériaux, nanophotonique, optique et spectroscopie. Notre objectif est de comprendre et contrôler les interactions chirales lumière-matière avec des retombées potentielles en optoélectronique, en synthèse asymétrique et en traitement de l’information quantique. Explorer la chiralité sur diverses échelles spatiales et temporelles nous permettra d’élucider son rôle dans les dynamiques électroniques, photoniques et vibrationnelles et ce dans des systèmes variés tels que les molécules libres, les assemblages supramoléculaires, les nano-objets chiraux, les cristaux liquides et solides, les résonateurs plasmoniques, les métasurfaces et les cristaux photoniques.
Attendus scientifiques
Responsables : Thierry Ruchon & Anne Zehnacker
Les réactions photochimiques chirales seront sondées de la femtoseconde à la nanoseconde en dichroïsme de photoélectrons pour déterminer l’étendue spatiale et la durée de vie de la chiralité. D’autres spectroscopies optiques, allant du visible à l’extrême UV, seront déployées pour révéler une chiralité électronique à l’échelle nanométrique et différencier l’effet d’une chiralité ponctuelle de celui d’une chiralité supramoléculaire. L’influence du moment angulaire orbital de la lumière sera étudiée dans des molécules, des nanostructures, des matériaux topologiques et des structures magnétiques chirales, par dichroïsme hélicoidal, imagerie de photoélectrons ou microscopie électronique ultra-rapide (400 fs avec 1 nm de résolution).
Responsables : Cyriaque Genet & Reiko Oda
Une lumière chirale 3D avec spin et moment angulaire orbital permettra de contrôler la dynamique électronique chirale à l’échelle attoseconde, et la synthèse de nouveaux complexes de métaux de transition chiraux de créer des émetteurs de lumière polarisée circulairement efficaces et énantiomériquement purs pour l’optoélectronique chirale. Dans un double effort expérimental et théorique, nous ciblerons la chimie polaritonique asymétrique en explorant le couplage fort lumière-matière chiral en cavité. La dynamique de pseudo-spin de vallée dans les hétérostructures de van der Waals basées sur les dichalcogénures de métaux de transition couplées à un résonateur « spin-orbite optique » sera également étudiée.
Responsables : Etienne Brasselet & Jeanne Crassous
En utilisant la diffraction d’électrons induite par laser résolue en spin, nous effectuerons des mesures de la sélectivité de spin induite par la chiralité pour révéler les processus fondamentaux en jeu. Dans les cristaux liquides, nous étudierons le transfert des caractéristiques topologiques de la lumière à la matière pour produire de nouveaux types de capteurs optiques et de mémoires. Nous induirons également de nouvelles propriétés topologiques au niveau électronique dans les dichalcogénures de métaux de transition, ce qui pourrait constituer une étape importante vers des plates-formes robustes pour le stockage et le traitement de l’information quantique. Enfin, le couplage fort lumière-matière chiral des modes topologiques de bord sera étudié théoriquement, avec des applications potentiellement importantes pour le routage de l’information dans les réseaux quantiques.
Consortium
CBMN • Bordeaux
Chimie & Biologie des Membranes & des Nano-objets
Sylvain Nlate, Reiko Oda, Emilie Pouget
CELIA • Bordeaux
Centre Lasers Intenses et Applications
Samuel Beaulieu, Valérie Blanchet, Yann Mairesse
CEMES • Toulouse
Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales
Arnaud Arbouet, Nicolas Bizière, Christophe Gatel, Hugo Lourenço-Martins
ICS • Strasbourg
Spectroscopie ultrarapide ESI-MS de systèmes moléculaires complexes
Olivier Felix, Matthias Pauly, Michel Tschopp
IPCMS • Strasbourg
Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg
Stéphane Berciaud, Arnaud Gloppe, Matteo Mauro, Guillaume Weick
IPR • Rennes
L’Institut de Physique de Rennes
Thomas Jaouen, Jean-Christophe Le Breton, Patrick Le Fèvre
ISCR • Rennes
Institut des Sciences Chimiques de Rennes
Jeanne Crassous
ISIS-CESQ • Strasbourg
Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires
Eloïse Devaux, Cyriaque Genet, David Hagenmüller
ISMO • Saclay
Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay
Katia Le Barbu-Debus, Valéria Lepère, Anne Zehnacker
LIDYL • Saclay
Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers
Thierry Ruchon
LOMA • Bordeaux
Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine
Rémi Avriller, Etienne Brasselet, Delphine Coursault, Nina Kravets
LPMS • Cergy
Laboratoire de Physique des Matériaux et de Surfaces
Mauro Fanciulli, Olivier Heckmann, Karol Hricovini, Christine Richter
SOLEIL/DESIRS • Saint-Aubin
Source Optimisée de Lumière d’Energie Intermédiaire du LURE
Gustavo Garcia, Laurent Nahon
Publications du projet TORNADO
Documents récupérés de l'archive ouverte HAL 
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