Les sources de lumières cohérentes dans le domaine TeraHertz sont aujourd’hui inexistantes. Le graphène a été proposé pour réaliser de telles sources en utilisant les transitions entre niveaux de Landau sous champ magnétique mais l’équidistance énergétique entre ces niveaux ne permet pas d’écarter les recombinaisons non-radiatives de type Auger. Une nouvelle classe de matériaux, les isolants topologiques, permet de contourner ce problème en modifiant la répartition de ces niveaux de Landau par ouverture d’un gap, tout en conservant un système électronique de Dirac. HgTe/CdTe fait partie de ces isolants topologiques avec des mises en évidence expérimentales très claires de ces effets et des propriétés de transport électronique uniques. Nous proposons de réaliser des puits quantiques HgTe/CdTe en se plaçant au voisinage de la transition topologique. Nous avons récemment démontré expérimentalement l’émission Terahertz à partir de transitions de Landau avec un simple puits quantique. La problématique de la thèse consiste à optimiser l’épitaxie de ce système HgTe/CdTe et réaliser des empilements à multiples puits de façon à augmenter le gain. Ces multipuits devront être placés dans une cavité optique adaptée, à base de miroirs métalliques. Les électrons de Dirac devront également être polarisés par effet de grille pour ajuster les positions énergétiques des niveaux de Landau et contrôler leur population. Les procédés micro-électroniques seront employés pour y parvenir. Enfin, les propriétés d’émission TeraHertz seront déterminées précisément par spectroscopie magnéto-optique.
L’ensemble du travail de thèse conduira à préciser le potentiel de ce nouveau type de matériau pour des applications aux lasers TeraHertz et si possible à en faire une première démonstration.