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Inah Yeo

Une boîte quantique dans un fil photonique : spectroscopie et optomécanique

Publié le 24 octobre 2012


Thèse soutenue le 24 octobre 2012 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique/Physique de la matière condensée et du rayonnement

Résumé :
Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques de boîtes quantiques InAs/GaAs contenues dans un fil photonique. Des résultats antérieurs à cette thèse ont montré que ces fils photoniques permettent d’extraire les photons avec une efficacité très élevée. Le premier résultat original de ce travail est l’observation de la dérive temporelle de la raie d’émission de la photoluminescence d’une boîte quantique. Cet effet a été attribué à la lente modification de la charge de surface du fil due à l’absorption des molécules d’oxygène présentes dans le vide résiduel du cryostat. Nous avons montré qu’une fine couche de Si3N4 permettait de supprimer cette dérive. La dérive temporelle pouvant être différente pour différentes boîtes quantiques, nous avons pu tirer partie de cet effet pour mettre en résonance deux boîtes quantiques contenues dans le même fil. Le deuxième résultat original est la mise en évidence de la modification de l’énergie d’émission d’une boîte quantique soumise à une contrainte mécanique induite par la vibration du fil. Nous avons observé que le spectre de la raie d’émission d’une boîte quantique s’élargit considérablement lorsque le fil est mécaniquement excité à sa fréquence de résonance. A l’aide d’une illumination stroboscopique synchronisée avec l’excitation mécanique, nous avons pu reconstruire l’évolution du spectre d’une boîte quantique au cours d’une période de la vibration mécanique. L’amplitude de l’oscillation spectrale de la raie de luminescence dépend de la position de la boîte dans le fil à cause d’un très fort gradient de contrainte. En utilisant deux modes d’oscillation mécanique de polarisations linéaires et orthogonales, nous pouvons extraire une cartographie complète de la position des boîtes quantiques à l’intérieur du fil. Enfin, grâce à ce gradient, on peut, dans certains cas, trouver une position du fil pour laquelle deux boîtes quantiques peuvent être amenées en résonance.

Jury :
Président : Dr Antoine Heidmann 
Rapporteur : Dr Isabelle Robert-Philip   
Rapporteur : Dr Sébastien Sauvage
Examinateur : Prof. Armando Rastelli
Co-directeur de thèse : Dr Jean-Philippe Poizat
Directeur de thèse : Dr Jean-Michel Gérard

Mots clés :
Optique quantique, Déformation, Contrainte, Système hybride, Nanomécanique, Mécanique, Nanophotonique, Stroboscopie, Photon unique, Guide d'onde, Fil photonique, Semi-conducteur, GaAs, InaS, Photoluminescence, Spectroscopie optique, Boîte quantique

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