Vers l’optomécanique quantique en arséniure de gallium : dissipation nanomécanique et opération pulsée
Auteur / Autrice : | Mehdi Hamoumi |
Direction : | Ivan Favero |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 05/09/2018 |
Etablissement(s) : | Sorbonne Paris Cité |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019) |
Laboratoire : Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (Paris ; 2005-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Cristiano Ciuti |
Examinateurs / Examinatrices : Ivan Favero, Cristiano Ciuti, Eddy Collin, David Vitali, Marie Foret, Bernard Perrin | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Eddy Collin, David Vitali |
Résumé
Au cours de ce travail de thèse nous avons conçu, fabriqué et caractérisé des nano-résonateurs optomécaniques à disques en arséniure de gallium (GaAs), en milieu cryogénique. Ces disques qui supportent à la fois des modes mécaniques vibrant au GHz et des modes optiques résonant à λ ≈ 1500 nm fortement couplés (g 0 ≈ MHz), présentent des facteurs de qualité élevés (> 10^4 pour la mécanique et > 10^5 pour l’optique, à 3 K). Malgré ces performances à l’état de l’art, le refroidissement optomécanique par bande latérale du mouvement n’est pas suffisamment efficace pour atteindre l’état fondamental quantique (moins d’1 phonon en moyenne). Nous avons étudié systématiquement les sources de dissipation mécanique qui limitent le refroidissement, et mis en évidence l’impact des systèmes à deux niveaux à la surface des nano-résonateurs. Nous avons également étudié l’excitation optique pulsée de nos systèmes, pour contourner les phénomènes absorptifs et thermiques qui contrecarrent le refroidissement, et fait ressortir deux propriétés importantes de l’excitation pulsée : la puissance optique moyenne injectée, et la période de répétition des pulses par rapport aux temps de relaxation du système. Des schémas alternatifs de contrôle optique des nano-résonateurs mécaniques émergent, qui pourraient être combinés avec une opération à ultra-basse température (<< 1 K).