Etude de la photo-neutralisation et de la capture lente des porteurs dans les boîtes quantiques par spectroscopie d'excitation résonnante"
Résumé
Depuis la première mesure directe de la réponse optique de boîtes quantiques sous excitation résonnante réalisée par Muller et al. [1], de nombreux résultats sur l'émission résonnante de boîtes quantiques uniques ont été présentés dans la littérature [2]. Toutefois, excepté des études dans le régime de faible puissance d'émission résonnante où la cohérence est imposée par le laser d'excitation résonnante [3], la limite radiative n'est jamais atteinte, même à très basse température. Ceci suggère qu'un environnement électrostatique fluctuant influençant la cohérence des boîtes quantiques existe toujours, même dans le cas d'une excitation strictement résonnante où les porteurs sont uniquement photo-créés dans la boîte quantique. Nos travaux récents sur l'extinction de l'émission résonnante des boîtes quantiques corroborent fortement cette hypothèse [4]. L'excitation résonnante de l'exciton neutre peut être en effet totalement inhibée par un effet de blocage de Coulomb à cause de la présence d'au moins une charge résiduelle dans la boîte quantique. Toutefois, ce problème est résolu grâce à l'utilisation d'un laser non résonnant supplémentaire de très faible puissance qui neutralise la boîte quantique et contrôle optiquement son émission résonnante. Le poster présente une étude complète expérimentale et théorique du contrôle optique dans les boîtes quantiques uniques sous excitation résonnante [5]. L'influence du dopage résiduel sur l'état de charge initial d'une boîte quantique, et par conséquent sur l'extinction de son émission résonnante, est analysée. Un modèle détaillé de l'évolution de la population est développé pour décrire la neutralisation de la boîte quantique par le laser non résonnant supplémentaire de faible puissance. Ce modèle, qui ajuste parfaitement les résultats expérimentaux dans les régimes permanent et dynamique avec un seul ensemble de paramètres, montre que la neutralisation de la boîte quantique est régie par des processus particuliers de capture assistée par effet Auger et par phonons. Au-delà de l'explication de l'effet du contrôle optique, la configuration originale du laser supplémentaire de faible puissance nous permet d'étudier un régime sans précédent où les processus de capture des porteurs impliqués dans la neutralisation des boîtes quantiques se révèlent être ultra-lents avec des constantes de temps de l'ordre de 1-100 μs. Par conséquent, le contrôle optique apparaît comme une sonde très sensible du dopage résiduel de l'échantillon et de la population des boîtes quantiques dans un régime d'excitation non résonnant de très faible puissance. [1] A. Muller et al., PRL 99, 187402 (2007). [2] R. Melet et al., PRB 78, 073301 (2008) ; S. Ates et al., PRL 103, 167402 (2009); A. N. Vamivakas et al., Nat. Phys. 5, 198 (2009) ; H. S. Nguyen et al., PRL 108, 057401 (2012) ; A. Reinhard et al., Nat. Phot. 6, 93 (2012). [3] H. S. Nguyen et al., APL 99, 261904 (2011) ; C. Matthiesen et al., PRL 108, 093602 (2012) ; K. Konthasinghe et al., PRB 85, 235315 (2012). [4] H. S. Nguyen et al., PRL 108, 057401 (2012). [5] H. S. Nguyen et al., PRB 87, 115305 (2013).