Thèse soutenue le 17 juin 2021 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
Résumé : Ce travail vise à contrôler les propriétés spectrales des photons émis par une boîte quantique semiconductrice intégrée dans une antenne à fil photonique. Dans une étude théorique, nous dévoilons tout d'abord un nouveau mécanisme de décohérence dans ce système. Même à température cryogénique, les vibrations thermiques du nanofil induisent un très fort élargissement spectral qui interdit l'émission de photons indiscernables. Nous proposons trois approches qui suppriment efficacement ce canal de décohérence en exploitant une ingénierie des propriétés mécaniques du nanofil. Ensuite, nous introduisons une nanocavité optique à nanofil qui offre une accélération de l'émission spontanée très prononcée (facteur de Purcell théorique de 6,3) sur une large gamme spectrale (30 nm à mi-hauteur). Nous avons fabriqué une nanocavité en GaAs qui contient des boîtes quantiques auto-assemblées en InAs. Les mesures révèlent une accélération de l’émission spontanée par un facteur 5,6 et une efficacité de collection de 0,35 au niveau de la première lentille. Enfin, nous proposons une stratégie pour accorder la longueur d'onde d'émission d'une boîte quantique intégrée dans une antenne à nanofil. Deux électrodes sur puce génèrent une force électrostatique qui plie le nanofil. La déformation résultante module l'énergie de bande interdite de la boîte quantique. Nous avons réalisé ces dispositifs et discutons les premières mesures démontrant l’accordabilité spectrale. Globalement, ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour les technologies photoniques quantiques, en particulier pour la réalisation de sources avancées d’états quantiques de la lumière.
Jury : Président : M. Maxime Richard
Rapportrice : Mme Isabelle Robert-Philip
Rapporteur : M. Armando Rastelli
Examinateur : M. Christophe Couteau
Examinatrice : Mme Angela Vella
Directeur de thèse : M. Julien Claudon
Co-directeur de thèse : M. Jean-Michel Gérard
Mots clés : Boîte quantique semiconductrice, Antenne à fil photonique, Nanocavité optique, effet Purcell, Vibrations mécaniques, Contrainte mécanique, Source de photons uniques, Technologies quantiques de l’information, Optique quantique
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