Thèse soutenue le 13 décembre 2021 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Les qubits basés sur des photons uniques sont prometteurs pour des applications telles que l'informatique quantique, la métrologie quantique et la communication quantique où ils peuvent être utilisés comme qubits volants. Cependant, les défis rencontrés dans les technologies basées sur un seul photon sont l'extraction efficace de la lumière, l'évolutivité et l'opérabilité à haute température. Les points quantiques CdSe (QD) se sont révélés prometteurs pour l'émission de photons uniques jusqu'à des températures ambiantes dans le domaine visible (∼550 nm), utiles pour la communication en espace libre. Pour résoudre les problèmes d'extraction de lumière et d'évolutivité, nous proposons un système dans lequel un QD CdSe est intégré dans un nanofil conique en ZnSe (NW), réalisé par épitaxie par faisceau moléculaire (MBE). Une forme NW conique est ciblée pour extraire efficacement la lumière du QD-NW dans l'espace libre. De plus, ce système QD-NW est une unité unique qui peut être récupérée et transférée d'un substrat à un autre. Dans cette thèse, des simulations numériques par la méthode des éléments finis ont d'abord été réalisées pour optimiser la forme et la taille de nos QD-NW pour une collecte efficace de la lumière le long de l'axe NW. Ensuite, cette forme QD-NW optimisée est réalisée avec MBE. Les conditions de croissance du MBE sont étudiées et optimisées pour contrôler la croissance radiale et axiale des NW, cultivés sous un mécanisme de croissance vapeur-solide-solide catalysé par des nanoparticules d'or. La croissance de QD-NW CdSe-ZnSe reproductibles et orientés verticalement (diamètre QD ~ 6 nm, hauteur ~ 4 nm) avec une coquille de Zn (Mg) Se conique est obtenue. Ensuite, les propriétés d'émission de ces QD-NW sont étudiées de la cryogénie à la température ambiante avec une excitation continue et impulsionnelle. Il est montré que même lorsque l'émission de photons uniques est confirmée avec des mesures d'anti-groupage sous excitation continue, cela ne confirme pas si l'émetteur émettra des photons uniques à la demande. Pour les QD-NW où les paramètres de croissance MBE ont été optimisés, l'émission d'un seul photon est obtenue jusqu'à la température ambiante. Enfin, les perspectives de couplage évanescent de QD-NW aux guides d'ondes en nitrure de silicium pour des applications photoniques intégrées sont discutées.

Jury :
Président : Monsieur Thierry Baron
Rapporteur : Monsieur Nicolas Chauvin
Rapporteur : Monsieur Vincent Sallet
Examinatrice : Madame Valia Voliotis
Directeur de thèse : Monsieur Kuntheak Kheng
Co-directeur de thèse : Madame Édith Bellet-Amalric

Mots clés :
Source de photons, Semi-Conducteurs II-VI, Croissance nanofils

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