soleil

Groupe d’Optique des nanoStructures Semiconductrices -GOSS-polariton-fluides-quantiques

Responsable : Jacqueline BLOCH
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
Les techniques de croissance épitaxiale permettent aujourd’hui la réalisation d’hétérostructures de semiconducteurs dans lesquelles sont confinés simulanément les états électroniques et les modes optiques de la lumière. Cette sitation est atteinte dans les microcavités à semiconducteurs dans le régime de couplage fort. Les états propres qui régissent les propriétés physiques des microcavités à semiconducteurs sont des quasi-particules mi-lumière mi-matière issues du couplage fort entre les excitons de puits quantiques et les photons confinés dans une cavité Fabry-Pérot.

Le caractère mixte lumière-matière confert aux polaritons de cavité des propriétés très particulières. Via leur partie excitonique, les polaritons interagissent entre eux et avec le bain thermique des vibrations du cristal (phonons). Grââ ce à leur partie photonique, les polaritons de cavités ont une masse effective très légère (10-5 fois celle de l’électron libre) et ils peuvent être excités ou sondés directement au travers de la lumière qu’ils absorbent ou émettent. Ces caractéristiques ajoutées au fait que les polaritons de cavité sont des quasi-bosons rendent ce système particulièrement atractif pour l’étude de condensats de Bose Einstein et de fluides quantiques dans un système solide et à haute température (typiquement entre 5 et 300 K). Enfin, les propriétés physiques des condensats de polaritons telles que densité, phase, cohérence spatiale et temporelle, peuvent être directement mesurées par des techniques de spectroscopie optique et ce dans une grande variété de structures et de géométries.

La grande qualité cristalline et optique des microcavités réalisées au LPN dans le système GaAs, ainsi que la grande maîtrise développée au LPN pour graver ces structures, permet aujourd’huid d’atteindre le régime de condensation des polaritons dans des cavités 2D, 1D et même 0D. Ceci ouvre la voie à un nouveau champ de recherche pour l’exploration de phases quantiques macroscopiques, de la superfluidité, des oscillations Josephson, de la formation de solitons, et pour l’étude de la turbulence quantique….