Contrôle optique des spins électroniques et nucléaires dans un nano-objet unique : vers le développement de nano-mémoires et d'applications en imagerie

Optically controlled Carrier and Nuclear spintronics in a single nano-object : towards nano-scale memory and imaging applications

• Auteur / Autrice : Mael Vidal
• Direction : Bernhard Urbaszek, Thierry Amand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la Matière
• Date : Soutenance le 20/09/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et Chimie de Nano-Objets - Laboratoire de physique et chimie des nano-objets / LPCNO
• Jury : Président / Présidente : Chantal Fontaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernhard Urbaszek, Thierry Amand, Benoit Eble, Daniel Paget
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gerard Besombes, Olivier Krebs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs à l'arséniure de gallium

Spectroscopie nucléaire

Spectroscopie électronique

Mots clés libres

Spin

Boîte quantique

Semiconducteur

Spin

Quantum dot

Semi-conductor

Résumé

Les boîtes quantiques semiconductrices, confiné dans les trois directions de l’espace, ont une structure électronique proche de celle d’un atome. Une excitation lumineuse y crée des états hors équilibre entraînant l’émission des différents états de charge. Ce travail porte sur l’étude de boîtes quantiques GaAs/AlGaAs produites par une méthode d’épitaxie par jet moléculaire modifiée sur un substrat de GaAs (111) insérées dans une structure de type diode. La première partie porte sur la séparation des différents états de charge dans une boîte unique par la tension appliquée puis leur identification compte tenu de l’échange coulombien et de leurs propriétés magnéto-optiques. Une deuxième partie porte sur l’interaction hyperfine des trous avec le champ nucléaire. Un modèle d’Hamiltonien effectif est proposé pour cette interaction. Des phénomènes de bistabilité, en champ magnétique, de la polarisation des spins nucléaire et électronique sont mis en évidence.

The electronic structure of a semiconductor quantum dot, with 3D carrier confinement on the nano-scale, is close to an atom with discrete state. Above-gap laser excitation creates different exciton state that show very rich emission patterns. This work studies GaAs/AlGaAs quantum dots grown droplet epitaxy on (111)A GaAs substrate embedded in a diode structure. The first part of this thesis presents the spectral separation of exciton complexes due to the bias applied to the sample; the different charge states are identified by analyzing the Coulomb exchange interaction and magneto-optics behavior. The second part studies the hyperfine interaction of the hole spin confined to a dot with the nuclear spins of the atoms that form the dot. An effective Hamiltonian model is proposed for this interaction. Bistable nuclear and also carrier spin polarization states are uncovered in magnetic field dependent measurements.