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Séminaire Nanostructures et systèmes quantiques

Cohérence macroscopique et manipulation optique de condensats de polariton

Jacqueline Bloch

Les polaritons de cavité sont des états intriqués exciton-photon issus du couplage fort entre le mode optique d’une microcavité et les excitons de puits quantiques. Ils obéissent à la statistique bosonique et possèdent une masse effective très faible (mille fois plus faible que celle des excitons) ce qui permet d’observer des effets de type condensation de Bose à des températures très élevées comparées aux atomes froids. La physique des condensats de polaritons est particulièrement riche car il s’agit de condensats hors équilibre, présentant de fortes interactions liées à leur caractère excitonique et possédant un pseudo-spin qui peut être adressé optiquement. Nous décrirons dans ce séminaire les résultats récents que nous avons obtenus dans des microcavités à base de GaAs. Nous commencerons par un rappel de la voie à suivre pour obtenir, dans ce système, la condensation spontanée des polaritons sous excitation optique non résonante. Puis nous nous intéresserons à des cavités unidimensionnelles définis par des microfils de 200 µm de long et quelques microns de large. En excitant optiquement les polaritons dans une toute petite zone du fils (de taille typiquement 2 microns), nous observons la propagation sur des grandes distances des condensats de polariton. Par une expérience d’interférométrie optique, nous montrons que la fonction d’onde des condensats présente alors une cohérence spatiale qui s’étend sur les 200 microns du fils. Nous montrerons que cette propagation est gouvernée par le potentiel répulsif créé par les excitons générés dans la zone d’excitation. Ce potentiel peut être utilisé pour manipuler les condensats. Il est possible par cette méthode de localiser les condensats dans un piège dont les dimensions sont contrôlées optiquement, ou encore de synchroniser deux condensats couplés par effet tunnel dans une barrière contrôlée optiquement. Ces résultats ouvrent de nombreuses perspectives quant à la manipulation de condensats de polariton dans des circuits optiques.

[1] “Polariton laser using single micropillar GaAs-GaAlAs semiconductor cavities”, D. Bajoni, P. Senellart, E. Wertz, I. Sagnes, A. Miard, A. Lemaître, and J. Bloch, Phys. Rev. Lett. 100, 047401 (2008).
[2] “Spontaneous formation of a polariton condensate in a planar GaAs microcavity”, E. Wertz, L. Ferrier, D. D. Solnyshkov, P. Senellart, D. Bajoni, A. Miard, A. Lemaître, G. Malpuech, and J. Bloch, Appl. Phys. Lett. 95, 051108 (2009).
[3] “Spontaneous formation and optical manipulation of extended polariton condensates”, E. Wertz, L. Ferrier, D. Solnyshkov, R. Johne, D. Sanvitto, A. Lemaître, I. Sagnes, R. Grousson, A.V. Kavokin, P. Senellart, G. Malpuech and J. Bloch, soumis.