Image : (de gauche à droite) chef de groupe de recherche Max Planck Claudiu Genes,stagiaire postdoctoral Hesam Heydarian, chercheuse du CNRC Angela Gamouras, stagiaire postdoctoral Défi Junior Fandio Jubgang, étudiant au doctorat Aswin Vishnuradhan, étudiant au doctorat Nicolas Couture, professeur Jean-Michel Ménard, étudiant au doctorat Wei Cui, étudiant au doctorat Ali Maleki, étudiant au doctorat Eeswar Kumar Yalavarthi, étudiant au doctorat invité Markus Lippl, étudiant à la maîtrise Ahmed Jaber, étudiante au doctorat Ilhem Bargaoui.
La mécanique quantique est un domaine fascinant qui offre un vaste potentiel pour transformer divers aspects de nos vies. L’un des principes de base de la mécanique quantique est celui de la superposition, qui permet à deux états très différents de coexister simultanément. Par exemple, la lumière peut faire des aller-retours à l’intérieur d’une cavité optique, mais elle peut aussi être absorbée par un matériau présent dans cette même cavité. Le plus surprenant, c’est qu'elle peut faire les deux en même temps pour créer un état hybride unique combinant les caractéristiques de la lumière et de la matière. Ce phénomène ouvre la voie à des applications et des technologies innovantes.
Ahmed Jaber est un étudiant au doctorat travaillant sous la supervision du professeur Jean-Michel Ménard. Au cœur de la recherche en physique expérimentale d'Ahmed se trouve l'exploration des interactions entre la lumière et la matière. En plaçant un matériau à l'intérieur d'une cavité photonique, il explore le principe de superposition de la matière et de la lumière qui donne naissance à de nouvelles propriétés. Fait remarquable, aucune source de lumière externe n’est nécessaire pour obtenir ce système quantique car il exploite les photons du vide, des ondes électromagnétiques indétectables qui apparaissent et disparaissent en raison des fluctuations quantiques.
Englobant à la fois la modélisation théorique et les mesures expérimentales, le projet de doctorat d'Ahmed lui permet d'explorer diverses architectures de confinement optique spatial conçues pour interagir avec des matériaux organiques. Ses travaux contribuent au domaine émergent de la polaritonique moléculaire, visant à exploiter les interactions entre la lumière et les molécules pour concevoir de nouveaux matériaux organiques dotés de propriétés inédites. Les applications de tels matériaux couvrent divers domaines, de la modification du taux des réactions chimiques, à l'amélioration du transport des charges dans les dispositifs et à l'optimisation des cellules solaires.
Dans son dernier projet, Ahmed a conçu de nouvelles structures utilisant un ensemble de petits éléments métalliques recouvrant la surface d'un matériau transparent. Cette conception ingénieuse confine la lumière dans un plan, facilitant un échange optimal d'énergie entre les photons piégés et une mince couche de molécules déposées sur la même surface. Cette approche innovante représente non seulement le cœur de la thèse d'Ahmed, mais promet également de révolutionner le domaine des matériaux quantiques et de la photonique.
L'utilisation d'outils numériques avancés pour identifier des architectures prometteuses pour ces nanostructures est au cœur de la recherche d'Ahmed. Grâce à la simulation et à la modélisation, il a exploré diverses configurations de confinement optique spatial afin d’optimiser l'interaction entre la lumière et la matière. L'analyse informatique a permis à Ahmed d'acquérir des connaissances inestimables sur les principes sous-jacents qui régissent les interactions lumière-matière, et d'adapter la conception des nanostructures pour en améliorer les performances.
Pour garantir la qualité et la fiabilité du dispositif final, Ahmed a collaboré avec des expérimentalistes pour affiner les techniques de fabrication afin de contrôler avec précision les paramètres structuraux des nanostructures. Cette approche interdisciplinaire est essentielle pour traduire les conceptions théoriques en dispositifs pratiques avec des applications réelles. Grâce à une expérimentation rigoureuse et à l'analyse des données, Ahmed a démontré l'efficacité de sa conception pour faciliter le transfert d'énergie entre les photons et les couches moléculaires, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle génération de matériaux quantiques dotés de fonctionnalités sans précédent. Ces résultats ont récemment été acceptés pour publication dans Nature Communications.
Le parcours académique d'Ahmed a été ponctué de multiples prix et bourses, notamment la bourse d’études supérieures en sciences et technologie de la reine Élizabeth II, la bourse d'études supérieures de l'Ontario et le prestigieux prix de la meilleure affiche à Quantum Days 2023.
Au cours de l'été 2023, Ahmed a bénéficié du soutien du Centre uOttawa-Max Planck pour un séjour de recherche de cinq mois en Allemagne. En collaboration avec l'Institut Max Planck pour la science de la lumière à Erlangen, il a exploré les aspects théoriques des interactions lumière-matière sous la supervision du chercheur Claudiu Genes. Son parcours remarquable a aussi été ponctué par une invitation à la Conférence internationale sur les ondes infrarouges, millimétriques et térahertz (IRMMW-THz ; Montréal, septembre 2023) pour présenter son travail en tant que conférencier d’honneur (keynote speaker). Il y a de plus remporté un prix étudiant pour sa contribution.
Pour en savoir plus :
- Hybrid THz architectures for molecular polaritonicsnorth_eastlien externe(en anglais seulement)
- Max Planck Institute for the Science of Lightnorth_eastlien externe (en anglais ou allemand seulement)