'CONTRAT DOCTORAL PRIORITAIRE' Dynamique de spin d'excitons indirects

par Chahine Abbas

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Maria Vladimirova et de Denis Scalbert.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec L2C - Laboratoire Charles Coulomb (laboratoire) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Ce projet vise l'exploration des propriétés des excitons indirects dans des nanostructures semi-conductrices. Un exciton est une paire électron-trou liée par interaction coulombienne, qui se forme dans un semi-conducteur lors de l'absorption d'un photon. Dans les nanostructures qui nous intéressent, deux puits quantiques couplés, les excitons indirects ont la particularité d'être formés d'un électron et d'un trou séparés spatialement dans chacun des puits quantiques. Ceci confère aux excitons indirects des propriétés uniques : un long temps de vie, qui leur permet de se refroidir jusqu'à des températures très basses et former un gaz quantique; un long temps de relaxation de spin; ils peuvent aussi se déplacer sur de longues distances avant de se recombiner optiquement. Leur déplacement peut être contrôlé électriquement in-situ. Par ailleurs les excitons ne sont pas des particules élémentaires, contrairement aux photons et aux électrons par exemple, mais se comportent à peu près comme elles selon les règles de la théorie quantique. En particulier les excitons indirects se comportent comme des bosons (leur moment angulaire intrinsèque, ou spin, ne peut prendre que des valeurs entières). Grace à ces propriétés, les excitons indirects constituent un système modèle idéal pour l'exploration des propriétés fondamentales d'interaction lumière – matière, l'étude des condensats de Bose-Einstein, mais aussi pour envisager des nouveaux dispositifs optroniques. Ce travail de thèse portera sur l'étude du spin des excitons indirects. Le sujet sera principalement expérimental, il s'appuiera sur des méthodes et des échantillons développés dans le cadre du réseau OBELIX, financé par l'Agence Nationale de la Recherche (2016-2020). Il s'agit de structures conçues, epitaxiées, lithographiées et étudiées par photoluminescence au Laboratoire de Photonique et Nanostructures et à l'Institut des Nanosciences de Paris. Les propriétés de spin seront étudiées au Laboratoire Charles Coulomb par des méthodes de spectroscopie modernes notamment la spectroscopie pompe-sonde résolue en temps, une méthode de physique non-linéaire qui met en jeu les interactions entre les excitons, et la spectroscopie de bruit de spin.

  • Titre traduit

    Spin dynamics of indirect excitons


  • Résumé

    Excitons are bosonic quasiparticles, which may be created in semiconductor crystals by light. They play the major role in optical properties of semiconductors. The opportunity to engineer the semiconductor structures with the required parameters makes excitons the system of choice both for the studies of basic properties of light and matter and for the development of a new generation of optoelectronic devices. Indirect excitons, engineered in such a way that their electron and hole constituents are confined in two distinct but coupled quantum wells possess unique properties: they have long lifetime and spin-relaxation time, can travel over large distances before recombination, can be controlled by voltage in-situ, can be cooled down to low temperatures and form a quantum gas. The realizations of cold bosonic gases in various systems have led to the major discoveries such as superconductivity, superfluidity, and Bose-Einstein condensation (BEC). Studying the fundamental properties of cold exciton gases in semiconductor nanostructures forms the general objective of this project. The research program that we propose will focus mainly on spin coherence properties of indirect excitons. The approach is mainly experimental and relays on the OBELIX network (2016-2020), supported by French National Research Agency (ANR). The nanostructures will be designed, grown, nanofabricated and studied by photoluminescence in Laboratory for Photonics and nanostructures (LPN, http://www.lpn.cnrs.fr/) and Paris Institute of Nanosciences (INSP, http://www.insp.jussieu.fr/). Spin properties will be studied in Charles Coulomb Laboratory (L2C, http://www.coulomb.univ-montp2.fr/) by time-resolved pump-probe and spin noise spectroscopy.