Excitations de basse énergie dans les nanostructures

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Nanostructures et systèmes quantiques

Bernard Jusserand
Florent Perez

Nous étudions les excitations électroniques et vibrationnelles dans des nanostructures bi- et unidimensionnelles de semiconducteurs principalement par spectroscopie Raman et, en collaboration, par des techniques pompe-sonde. Parmi les sujets les plus actifs en 2006 on peut citer :

Excitations de spin dans les gaz d’électrons polarisés en spin Les puits quantiques dopés à base du semiconducteur semi-magnétique Cd1-xMnxTe avec x de l’ordre de 1% constituent un système modèle pour réaliser aisément un gaz d’électrons de haute mobilité avec une polarisation de spin ajustable. Nous utilisons pour cela l’effet Zeeman géant associé au couplage entre les électrons des ions manganèse et les électrons de conduction. Avec un champ magnétique modéré (1-3T) dans le plan du gaz, nous pouvons obtenir des éclatements Zeeman comparables à l’énergie de Fermi sans affecter les autres degrés de liberté du système.

Nous utilisons cette possibilité unique pour étudier par spectroscopie Raman résolue en angle (voir dispositif expérimental) l’ensemble des excitations collectives et individuelles de spin des gaz bidimensionnels polarisés et mesurer leur dispersion dans le plan du gaz.

Nous développons également des modèles théoriques pour la description des effets d’échange-corrélation dans les systèmes polarisés et des polarisabilités de spin mesurées en diffusion Raman. Nos résultats récents comprennent la détermination complète de la dispersion des excitations dans un système de taux de polarisation vers 0.4, la détermination spectroscopique et la description quantitative du renforcement de susceptibilité de spin dû aux interactions.

		Spectres Raman en fonction du champ magnétique entre 0 et 2T, montrant deux raies associées respectivement aux transitions de retournement de spin individuelles (a) et collectives (b).

Excitations électroniques dans les puits et les fils quantiques Le comportement collectif des électrons à basse densité est dominé par les interactions. Il en est de même dans les systèmes unidimensionnels. Dans ces deux cas la sensibilité aux fluctuations de potentiel (« désordre ») devient également plus forte. Nous recherchons des systèmes idéaux dans lesquels les excitations électroniques puissent être observées aux plus basses densités possibles avec l’objectif de mettre en évidence de nouveaux comportements collectifs spécifiques, par exemple le liquide de Luttinger à 1D. La qualité des échantillons est un paramètre critique pour ces études, ainsi que la possibilité de mesurer des excitations à extrêmement basse énergie, grâce à des résonances.

Nos études actuelles concernent :

1) les fils quantiques dopés GaAs/GaAlAs fabriqués par gravure ou par croissance auto-organisée sur substrats gravés,

2) les puits de GaAs peuplés par illumination d’un puits latéral et transfert sélectif des électrons de conduction.

Spectres Raman correspondant à des excitations de particules individuelles dans des gaz d’électrons obtenus par illumination par un laser HeNe à des puissances variables (en unités arbitraires) et ajustées à la fonction de Lindhard à 2D. Les valeurs de densités obtenues descendent nettement en dessous de 10¹⁰ cm^-2.

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