Formation spontanée de condensats de polaritons dans des microcavités à base de GaAs

par Esther Wertz

Thèse de doctorat en Physique. Ondes et matière

Sous la direction de Paul Voisin et de Jacqueline Bloch.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Lorsqu'un puits quantique est place dans une microcavite, un regime de couplage fort peut s'etablir entre le mode optique de la cavite et le mode excitonique du puits. Les etats propres du systeme sont alors des etats mixtes lumiere-matiere appeles polaritons. L'une des proprietes interessantes de ces quasi-particules provient de leur nature bosonique a faible densite. Cette propriete permet d'obtenir une stimulation de la relaxation vers un etat final lorsque l'occupation de cet etat est egale a 1. Dans ce travail de these nous etudions cet effet de condensation des polaritons dans differentes geometries de cavites. Nous montrons pour la premiere fois dans une microcavite planaire de gaas la formation spontanee d'un etat coherent de polaritons. En gravant la cavite planaire, des fils de 200 μm de long et de largeur allant de 2 a 4 μm sont definis. Dans ces fils, le confinement 1d donne lieu a des sous-bandes ld avec une direction de propagation libre le long du fils. Au dessus d'un seuil d'excitation, des condensats de polaritons sont generes qui s'etendent de maniere coherente sur toute la longueur du fil. Ces condensats lumiere-matiere interagissent avec leur environnement, ce qui permet de les manipuler optiquement. Ainsi nous avons pu coupler deux condensats a travers une barriere tunnel controlee optiquement, ou encore capturer des condensats dans les etats quantifies d'un piege defini optiquement. Finalement, dans des systemes 0d nous avons pu etudier en detail les differents types d'interactions (avec les excitons ou entre polaritons du condensat).

  • Titre traduit

    Spontaneous formation of polariton condensates in GaAs based microcavities


  • Résumé

    POLARITONS ARE QUASI-PARTICLES ARISING FROM THE STRONG COUPLING BETWEEN THE OPTICAL MODE OF A FABRY-PEROT CAVITY AND EXCITONS FROM QUANTUM WELLS. THEY OBEY BOSON STATISTICS AND HAVE A VERY LIGHT EFFECTIVE MASS (10. 5 TIMES THE BARE ELECTRON MASS) PERMITTING EFFECTS SIMILAR TO BOSE-EINSTEIN CONDENSATION AT TEMPERATURES MUCH HIGHER THAN FOR ATOMS. POLARITONS OFFER A UNIQUE SOLID-STATE SYSTEM TO INVESTIGATE INTERACTING AND HIGHLY OUT OF EQUILIBRIUM CONDENSATES. LN THIS WORK, WE STUDY THE SPONTANEOUS FORMATION OF POLARITON CONDENSATES lN THREE RESONATOR GEOMETRIES. WE DEMONSTRATE FOR THE FIRST TIME POLARITONS CONDENSATION UNDER NON-RESONANT EXCITATION IN A PLANAR GAAS MICROCAVITY. 200 μM LONG MICROWIRES WITH TRANSVERSE SIZES RANGING FROM 2 TO 4 μM WERE FABRICATED FROM THE PLANAR CAVITY. IN THESE CAVITIES, WE SHOW THAT POLARITON CONDENSATES CAN PROPAGATE OVER MACROSCOPIC DISTANCES (MORE THAN 50 TIMES THE POLARITON DE BROGLIE WAVELENGTH) WHILE PRESERVING THEIR SPONTANEOUS SPATIAL COHERENCE. WE SHOW THAT THESE CONDENSATES CAN BE OPTICALLY MANIPULATED, COUPLED BY QUANTUM TUNNELLING OR TRAPPED lN A CONTROLLED WAY. FINALL Y, lN 0D STRUCTURES, WE WERE ABLE TO STUDY lN DETAIL THE EFFECTS OF THE INTERACTIONS TO WHICH POLARITONS ARE SUBJECTED.

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  • Détails : 1 vol. (151 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 141-151

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  • Bibliothèque : Université Paris-Saclay. DIBISO. BU Orsay.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)185

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  • Cote : 2010PA112185
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