Projet TORNADO
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
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