Cohérence, dynamique et propriétés de polarisation de condensats de polaritons dans les micropiliers simples et couplés

• Auteur / Autrice : Vera Giulia Sala
• Direction : Alberto Bramati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polaritons

Josephson, Effet

Condensation de Bose-Einstein

Résumé

Les polaritons de microcavité sont des particules mixtes lumière-matière issues du couplage fort entre les excitons dans un puits quantique et les photons confinés dans une microcavité Fabry-Pérot. Leur nature bosonique et les fortes nonlinéarités font des polaritons une excellente plateforme où l’on peut étudier les propriétés nonlinéaires des condensats des bosons, avec l’avantage de pouvoir les manipuler avec des techniques optiques. Un degré de liberté important est la possibilité d’introduire un potentiel latéral de confinement. Les techniques de croissance et de gravure développées au LPN permettent d’obtenir des géométries différentes qui préservent de hautes propriétés optiques. Cela ouvre la voie à l’étude des nonlinéarités dans les polaritons dans des potentiels sur mesure. Pendant mon doctorat, ma recherche a été focalisée sur l’étude expérimentale des structures 0D, en particulier des micropiliers simples et des molécules formées de piliers couplés. J’ai étudié les propriétés de cohérence des condensats de polaritons dans des piliers simples, en mesurant la fonction g2 de l’émission avec une streak camera possedant un temps de résolution de 4 ps. J’ai étudié la physique de Josephson dans des molécules polaritoniques faites de deux piliers couplés, avec une attention particulière au régime nonlinéaire. En particulier le régime de self-trapping a été observé. J’ai étudié une molécule plus complexe composée de six piliers couplés dans une structure hexagonale, où un couplage spin-orbite effectif a été réalisé. Ces résultats etablissent les polaritons de microcavité comme une plateforme où les effets nonlinéaires peuvent être étudiés en combinaison avec des topologies non triviales.

Microcavity polaritons are mixed light-matter quasiparticles arising from the strong coupling between quantum well excitons and photons confined in a Fabry-Perot microcavity. Their bosonic nature along with the strong interparticle interactions makes polaritons an excellent solid-state platform to study the nonlinear properties of bosonic condensates, with the advantage of being addressable using standard optical techniques. An important degree of freedom in the study of polaritons is the possibility to introduce a lateral confining potential. The growth and etching techniques developed at LPN allow obtaining low dimensional structures of different geometries, preserving high optical properties, opening the way to the study of polariton nonlinearities in at-will potential landscapes. During my PhD, my research has focused mostly on the experimental study of 0D structures, consisting of single micropillars and polaritonic molecules made of coupled micropillars. I studied the coherence properties of polariton condensates in single micropillars, by measuring the g2 function of the emission with a streak camera technique providing a time resolution of ~ 4 ps. I studied the Josephson physics in diatomic molecules made of two coupled micropillars, with particular attention to the nonlinear regimes. In particular the macroscopic self-trapping regime has been observed. Finally I studied a more complex molecule made of six coupled micropillars in a hexagonal shape, where an effective spin-orbit coupling for polaritons has been realized. These results highlight microcavity polaritons in micropillars as a platform where nonlinear effects can be studied, in combination with nontrivial topologies.