Nouvelles tendances dans les condensats d'exciton-polaritons spineurs : défauts topologiques et structures de basse dimensionnalité

New trends in the physics of spinor exciton-polariton condensates : topological defects and low dimensional structures

• Auteur / Autrice : Hugo Flayac
• Direction : Guillaume Malpuech
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Matériaux
• Date : Soutenance le 13/09/2012
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Alberto Bramati
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anatoly Kamchatnov, Cristiano Ciuti, Dmitry Solnyshkov, Jacqueline Bloch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anatoly Kamchatnov, Cristiano Ciuti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Excitons

Optique non linéaire

Condensation de Bose-Einstein

Mots clés libres

Exciton-polaritons

Optique non linéaire

Condensation de Bose- Einstein

Dynamique de spin

Défauts topologiques

Vortex

Solitons

Systèmes gravitationnels analogues

Trous noirs

Monopoles magnétiques

Oscillations de Bloch

Effet Josephson

Exciton-polaritons

Nonlinear optics

Bose-Einstein condensation

Spin dynamics

Topological defects

Vortex

Solitons

Analogue gravity

Black-holes

Magnetic monopoles

Bloch oscillations

Josephson effect

Résumé

Au long de ce manuscrit de thèse je présenterai des effets non linéaires émergents dans les condensats d'exciton-polaritons spineurs. Après un chapitre d'introduction amenant les notions de bases nécessaires, je me concentrerai dans une première partie sur les défauts topologiques quantifiés par des nombres demi-entiers et discuterai leur stabilité, accélération et nucléation en présence de champs magnétiques effectifs. Nous verrons que ces objets se comportent comme des charges magnétiques manipulables démontrant une analogie fascinante avec les monopoles de Dirac. De manière remarquable nous verrons également que ces objets peuvent être utilisés comme des signaux stables pour sonder la physique d'analogues acoustiques de trous noirs. Dans une seconde partie j'étudierai des structures de basse dimensions. Plus particulièrement, je décrirai la formation de solitons de bande interdite et les oscillations de Bloch des exciton-polaritons dans des microfils comportant des structures périodiques et d'autre part les oscillations Josephson à température ambiante dans des paires de micropilliers couplés.

Along this thesis manuscript I shall present some emergent nonlinear phenomena in spinor exciton polariton condensates. After an introductory chapter bringing the necessary background, I will in a first part focus on half-integer topological defects discussing their stability, acceleration and nucleation in the presence of effective magnetic fields. We will see that these objects behave as magnetic charges being fascinating dirac's monopole analogues. Remarkably we will see as well how they can be used as stable signals allowing to seed the physics acoustic black holes analogues. In a second part I will concentrate on low dimensional structures. Especially, I'll describe the formation of gap solitons and the Bloch oscillations of exciton-polaritons in periodically patterned microwires, and besides, the room temperature Josephson oscillations within pairs of coupled micropillars.