Vous êtes ici : Accueil > Équipe NPSC > Condensation de polaritons d'excitons

Jacek Kasprzak

Condensation de polaritons d'excitons

Publié le 23 octobre 2006


Thèse soutenue le 23 octobre 2006 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier - Grenoble I - Spécialité : Physique

Résumé :
La condensation de Bose-Einstein est prédite par Einstein en 1925 pour des particules indiscernables de spin entier, les bosons. Il s'agit d'une transition de phase vers un état quantique de cohérence macroscopique, dont la température critique dépend directement de la masse des particules. Ce n'est qu'en 1995 qu'un condensat a pu être formé en phase gazeuse en refroidissant des atomes alcalins à la température ultra-basse de 10−6 degré Kelvin, provoquant ainsi une explosion d'activités de recherche dans le monde sur le sujet.
Concernant la phase solide, les excitons dans les semi-conducteurs sont considérés comme le candidat le plus prometteur pour la condensation de Bose-Einstein. En effet leur masse est cent mille fois plus légère que celle des atomes alcalins, ce qui devrait permettre leur condensation à une température voisine du degré Kelvin. Cependant malgré de nombreuses études depuis une trentaine d'années, aucune preuve convaincante de l'existence de condensat d'excitons n'avait été apportée à ce jour. Récemment l'attention s'est portée sur les polaritons dans les microcavités semi-conductrices contenant des puits quantiques.
Une microcavité semi-conductrice à puits quantiques est une hétérostructure photonique destinée à exalter l'interaction matière-rayonnement entre les excitons confinés dans le puits quantique et les photons confinés dans la microcavité. Lorsque l'énergie de ces photons coïncide avec celle des excitons, la microcavité peut entrer dans le régime de couplage fort d'oscillations de Rabi. Les nouveaux états propres du système (microcavité-puits quantique) sont appelés polaritons qui sont des états mixtes exciton-photon. Par leur nature photonique, ces bosons possèdent une masse dix mille fois plus légère que celle des excitons, un avantage certain pour l'étude de la condensation de Bose-Einstein.
Nous avons observé l'occupation massive de l'état fondamental du polariton, qui se développe à partir d'un nuage de polaritons thermalisés à une température de (16-20) K. La formation du condensat est accompagnée par l'apparition spontanée de la cohérence temporelle et de la cohérence spatiale à longue portée, ainsi qu'une forte polarisation linéaire. La transition d'un état thermique à un état quantique est démontrée par des mesures de la fonction de corrélation d'ordre 2 en fonction de la densité des polaritons. L'ensemble de ces observations constitue la première évidence de la condensation de Bose-Einstein en phase solide.

Jury :
Président : B. Boulanger
Rapporteur : M. S. Skolnick
Rapporteur : J. Y. Marzin
Examinateur : B. Deveaud-Plédran
Examinateur : A. V. Kavokin
Directeur de thèse : Daniel Le Si Dang

Mots clés :
Condensation de Bose-Einstein, stimulation de l'état final, cohérence de phase à grande distance, corrélations d'intensité, excitons polaritons, microcavité semi-conductrice, couplage fort, CdTe

Thèse en ligne.