Ingénierie quantique avec les systèmes d'excitons-polaritons.

par Konstantinos Deligiannis (Konstantinos)

Projet de thèse en Physique Théorique

Sous la direction de Léonie Canet et de Anna Minguzzi.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Physique et de Modélisation des Milieux Condensés (laboratoire) depuis le 18-02-2019 .


  • Résumé

    Les excitons-polaritons (EP) sont des quasi-particules bosoniques formés par le couplage entre des photons de cavité et les excitons d'un semi-conducteur. Il a été montré que ces quasi-particules pouvaient subir une condensation de Bose-Einstein, hors de l'équilibre, car le condensat d'EP est obtenu par pompage laser permanent pour compenser la dissipation intrinsèque du système. Le projet de thèse proposé s'attachera à étudier et caractériser les propriétés spécifiques de ces condensats hors de l'équilibre, comparés à leur analogue à l'équilibre, en utilisant des outils théoriques, à la fois numériques et analytiques. Plusieurs modélisations seront utilisées pour ce système: la description effective de la dynamique en terme de l'équation de Gross-Pitaevskii généralisée et des méthodes de théorie des champs dans le formalisme de Keldysh. Nous nous intéresserons en particulier aux comportements universels de ces systèmes. Un premier projet consistera à étudier la possibilité de créer un bruit artificiel qui permettrait de contrôler la dynamique de ce système. Le but sera de concevoir un protocole de pompage et de mesures pour simuler et caractériser la dynamique en temps réel du système, afin de caractériser finement ses propriétés. Un deuxième projet sera dédié à l'étude de la thermalisation des systèmes fortement corrélés, à travers le couplage du système d'EP à un bain thermique de phonons. Nous étudierons en particulier la réalisation possible et les propriétés d'une transition vers l'équilibre. Le dernier projet abordera la turbulence dans les systèmes d'EP, et les processus de transfert d'énergie associés. Nous emploierons en particulier les outils de groupe de renormalisation non perturbatif, qui se sont avérés très utiles pour étudier la turbulence classique.

  • Titre traduit

    Quantum state engineering in exciton polaritions.


  • Résumé

    Exciton polaritons are bosonic quasiparticles that form when photons in a cavity of a material couple to excitons. In this framework, it has been established that Bose-Einstein condensation (BEC) can be achieved. This exhibits some peculiar characteristics when compared to a standard Bose-Einstein condensation and the project we propose will focus on extracting information for the system with the help of both analytical and numerical methods. In particular, we will use the KPZ and GP equations to model such systems and we will tackle the theoretical aspects of the problem with field theory methods, such as non-perturbative renormalisation group and Keldysh framework. In particular, we will be interested in distinguishing between the different universality classes that can be accessed through the KPZ equation by devising an artificial noise that could enable one to control the dynamics of the system. Additionally, we will provide a pumping and measurement protocol, which would enable one to reproduce real-time dynamics, while giving access at its characterisation using current measurement techniques. Moreover, we are interested in investigating the universality class of an exciton polariton BEC that is in an intermediate state; it is coupled to a thermal phonon bath, allowing us to tinker with its properties while it interacts with its environment. Lastly, we will concern ourselves with turbulence in an exciton polariton gas, both in absence and in presence of the aforementioned phonon bath. To this end, we will look for suitable observables that characterise the behaviour. We will use analytical non-perturbative renormalisation group techniques that have been proven to work in classical systems.