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Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (25/09/2008), Gérald Bastard (Dir.)
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Relaxation et décohérence des polarons dans les boîtes quantiques de semi-conducteurs
Thomas Grange1

Cette thèse présente une étude théorique des interactions électron-phonon dans les boîtes quantiques InAs/GaAs, où le régime de couplage fort entre les porteurs confinés dans les boîtes et les phonons optiques a pour conséquence la formation d'états intriqués appelés polarons.
Nous prenons tout d'abord en compte le couplage fort entre excitons et phonons optiques afin de calculer l'absorption interbande sous champ magnétique.
Nous calculons ensuite le temps de vie des états polarons, dont l'instabilité est due à leur composante phonon. Nous démontrons la nécessité de prendre en compte de manière détaillée les différents processus anharmoniques, dont l'efficacité dépend fortement de l'énergie du polaron. Ces calculs permettent d'expliquer les variations non monotones du temps de vie mesuré des polarons avec leur énergie.
Nous étudions ensuite la dynamique de relaxation dans les boîtes doublement chargées, où l'interaction spin-orbite, associée aux couplages électron-phonon, entraîne des processus de retournement du spin entre états singulets et triplets.
Finalement, nous étudions la cohérence optique de la transition intrabande fondamentale, dont l'élargissement avec la température est dû aux transitions réelles et virtuelles vers le deuxième état excité.
1:  LPA - Laboratoire Pierre Aigrain
nanostructure – boîte quantique – semiconducteur III-V – interaction electron-phonon – phénomènes de relaxation – transition optique

Polaron relaxation and decoherence in semiconductor quantum dots
This thesis presents a theoretical study of electron-phonon interaction in InAs/GaAs quantum dots, where the strong coupling regime between confined carriers and optical phonons leads to entangled states known as polarons.
Firstly, we take into account the strong coupling between exciton and optical phonons in order to calculate interband magneto-absorption.
Secondly we calculate the lifetime of polaron states. Their instability is shown to be triggered by their phonon component. We demonstrate the need to take into account the different anharmonic processus, their efficiency being very sensitive to the polaron energy. These calculations allow to explain the non-monotonous variation of the measured polaron lifetime as a function of their energy.
Then we study the spin-flip processus between singlet and triplet states in doubly charged quantum dots, by taking into account spin-orbit interaction in addition to electron-phonon couplings.
Finally we study the coherence of the fundamental intraband transition. The thermal broadning of this transition is shown to be due to real and vritaul transition towards the second excited level.
nanostructure – quantum dot – semiconductor III-V – electron-phonon interaction – relaxation processes – optical transition

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