Couplage exciton-photon dans les nanostructures semiconductrices à grand gap
Résumé
Les interactions entre les électrons et les photons sont au cœur des recherches liées à l'information quantique, nées en particulier d'échanges croissants entre deux domaines de la physique : l'opto-électronique, qui s'intéresse aux dispositifs d'émission, de détection et de conversion de lumière à base de matériaux semiconducteurs, et l'optique quantique, historiquement centrée sur l'étude des interactions entre atome et rayonnement électromagnétique. Dans ce mémoire, nous explorons les configurations originales de couplage entre les excitations électroniques (les excitons) et les modes photoniques façonnés au sein de nanostructures semiconductrices. Ces travaux ont été développés sur les matériaux semiconducteurs " à grand gap ", GaN et ZnO, dont les excitons sont robustes jusqu'à température ambiante et les propriétés quantiques d'interaction avec la lumière sont les plus fortes parmi les matériaux semiconducteurs. Le premier chapitre est consacrée à l'étude de l'exciton confiné dans une boîte quantique unique GaN. Dans le second chapitre, nous discuterons l'insertion de telles boîtes quantiques dans des cavités photoniques destinées à réaliser des nanolasers à boîtes quantiques. Enfin, dans le troisième chapitre consacré aux microcavités planaires à base de ZnO, nous montrons comment les polaritons, particules hybrides exciton-photon, forment à forte densité des condensats de Bose (des états macroscopiques cohérents) appelés lasers à polaritons, jusqu'à température ambiante. Les perspectives de développement d'optique quantique en cavité dans ces nouveaux systèmes sont enfin présentées.
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