Spectroscopie Optique de boîtes quantiques uniques: effets de l'environnement
Résumé
We have investigated the dephasing mechanisms in single self-organized InAs/GaAs quantum dots. First, an anti-Stokes photoluminescence signal (i. e. emission that occurs at energies higher than the excitation energy) was detected under continuous excitation. The study of this signal revealed the presence of a continuum of states lying between the wetting layer band-edge and the quantum dots levels. This continuum of states is coupled to the two-dimensional continuum of the wetting layer and also to the discrete states of the quantum dots. In fact it is of intrinsic origin and due to mixed transitions between discrete quantum dots and the two-dimensional continuum of states of the wetting layer. We have then studied the electronic excitations coherence properties by means of spectral linewidth measurements. In order to obtain a high enough spectral resolution, we have applied a Fourier Transform spectroscopy technique on the photoluminescence signal of a single quantum dot. A 0,5 microeV spectral resolution was obtained with this set-up. For excited transitions in quantum dots, we have shown that, instead of the predicted phonon bottleneck effect, the acoustic phonon induced dephasing is very efficient, with an efficiency greater than for InGaAs/GaAs quantum wells. This efficiency is basically due to the above-mentioned continuum of mixed-states. On the contrary, for the fundamental transition we have demonstrated the quenching of the acoustic phonon induced dephasing for quantum dots transitions energetically well-separated from this continuum of states. Finally, we have shown that a non-resonant excitation of the quantum dots increases the transition linewidths. A resonant excitation reduces the influence of the environment on the quantum dot decoherence. This indicates a way to reach the regime where the decoherence time is limited by the radiative lifetime.
Nous avons étudié les mécanismes responsables de la perte de cohérence dans des boîtes quantiques uniques auto-organisées InAs/GaAs. Dans un premier temps, une étude sous excitation continue de ces systèmes nous a permis d'observer un signal de photoluminescence anti-Stokes c'est à dire de la photoluminescence à plus haute énergie que l'énergie d'excitation. l'étude de ce signal a mis en évidence l'existence d'un continuum d'états descendant depuis la couche de mouillage jusqu'aux transitions des boîtes. Ce continuum d'états couplé à la fois aux niveaux discrets des boîtes et au continuum bidimensionnel de la couche de mouillage est en fait une propriété intrinsèque de ces systèmes car il provient de l'existence de transitions mixtes entre un état discret de la boîte et un état du continuum de la couche de mouillage. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés de cohérence des excitations électroniques grâce à des mesures de largeur spectrale des transitions. Pour atteindre la résolution nécessaire à cette étude, nous avons mis au point un dispositif de spectroscopie de la photoluminescence par transformée de Fourier. La résolution ainsi atteinte est de 0,5 microeV. Nous avons alors mis en évidence que, pour les transitions excitées des boîtes, le couplage aux phonons acoustiques, contrairement aux prédictions théoriques de goulot d'étranglement de phonons, est très efficace, aussi efficace que dans les puits quantiques InGaAs/GaAs. Cette efficacité est due à la présence du continuum des états mixtes mentionné précédemment. A l'inverse, la transition fondamentale des boîtes présente bien une inhibition du couplage aux phonons acoustiques pour des boîtes dont la transition fondamentale est bien isolée énergétiquement de ce même continuum. Enfin, nous avons montré qu'une excitation non-résonante des boîtes est responsable d'un élargissement des transitions et qu'une excitation résonante permet de limiter les interactions des boîtes avec leur environnement pour atteindre la limite ultime d'un temps de décohérence limité par le temps de vie radiatif.