Imagerie de la génération et de la propagation des condensats de polaritons dans les microcavités ZnO

Imaging the generation and the propagation of polariton condensates in ZnO microcavities

• Auteur / Autrice : Rereao Hahe
• Direction : Thierry Guillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Coulomb (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Brahim Guizal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Guillet, Brahim Guizal, Bruno Gayral, Mathieu Gallart, Sihem Jaziri, Jésus Zúñiga-Pérez, Christelle Brimont, Benoît Ruffle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Gayral, Mathieu Gallart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation de Bose-Einstein

Microcavités

Polaritons

Mots clés libres

Imagerie

Polaritons

Condensats

Microcavités

ZnO

Imaging

Exciton polaritons

Condensates

Microcavities

ZnO

Résumé

Dans les microcavités semiconductrices, les polaritons excitoniques sont obtenus à partir du couplage fort entre l'exciton et le photon. Le régime de laser à polaritons à température ambiante, première étape vers le condensat de Bose-Einstein (BEC), a été atteint dans des microcavités ZnO et nous avons dans cette thèse étudié les propriétés des condensats de polaritons. Nous avons réalisé la spectroscopie linéaire et déterminé les propriétés spatiales de nouvelles microcavités ZnO sur substrat Si structuré en mesa, de haut facteur de qualité Q. Plusieurs géométries de génération de condensats de polariton ont été mises en oeuvre et comparées. Nous avons également mesuré, au travers d'expériences d'imagerie 2D en champ proche et en champ lointain, et modélisé, en résolvant l'équation de Gross-Pitaevskii, la propagation des condensats. Nous avons ainsi pu décrire les phénomènes mis en jeu dans la propagation des condensats à 80 et 300K pour une excitation fortement focalisée par rapport à une excitation étendue à 2D. Ces travaux posent les bases de dispositifs polaritoniques à 300K dans lesquels les condensats seront façonnés et contrôlés.

In semiconductors microcavities, exciton-polaritons arise from the strong coupling between excitons and photons. The polariton laser at room temperature, which is the first step to Bose-Einstein condensation (BEC), has been achieved in ZnO microcavities and the study of polariton condensates is the main issue of this work. We have studied the linear spectroscopy and measured the spatial properties of new high-Q ZnO microcavities grown on a patterned Si-substrate. Many generation geometries have been set up and compared to control the shape of polariton condensates. We have also measured and simulated polariton condensates propagation, using respectively 2D imaging experiments in near-field and far-field and by resolving the Gross-Pitaevskii equation. Then we were able to describe the variety of phenomena involved in the condensates propagation at 80 and 300 K for a tightly focused excitation compared to a wide 2D excitation. Those experiments pave the way for the development of polariton devices operating at 300 K in which polariton condensates can be patterned and controlled.