Polariton Relaxation in a Microcavity Containg an Electron Gas

Relaxation des polaritons dans une microcavité contenant un gaz d'électrons

Mathieu Perrin (1)

1 LPN - Laboratoire de photonique et de nanostructures

We have studied the relaxation of polaritons in a microcavity containing an electron gas of tunable density. The electron density, which has been directly measured, can be varied between 0 and 10^11 cm-2, independently of the polariton density. We were thus able to study a new relaxation mechanism: relaxation by polariton-electron collisions, which was scarcely understood before. Thanks to this mechanism, the occupation factors in polariton states near k//=0 can be increased of one order of magnitude. Contrary to a theoretical proposal, we have found that polariton-electron collisions are a relaxation mechanism as efficient as polariton-polariton collisions. The observed difference between theory and experiment is discussed in the manuscript. Finally, we have studied the time resolved photoluminescence of the polaritons, and showed that the observed accelerations of the dynamics come in great part from the physics of exciton formation.

Nous avons étudié la relaxation des polaritons dans une cavité contenant un gaz d'électrons de densité contrôlable. Dans un premier temps, la densité d'électrons a été mesurée. Elle peut être variée entre 0 et 10^11 cm-2. Nous avons ainsi pu étudier un nouveau mécanisme de relaxation : la relaxation par collisions polariton-électron, qui était encore mal connu auparavant. Ce mécanisme permet d'augmenter d'un ordre de grandeur les facteurs d'occupation dans les états de polariton proches de k//=0. La comparaison avec la relaxation par collisions polariton-polariton montre cependant que les deux mécanismes de collisions sont aussi efficaces l'un que l'autre, contrairement à ce qui avait été proposé théoriquement. La différence observée entre théorie et expérience est discutée dans le manuscrit. Enfin, nous avons étudié la photoluminescence résolue en temps des polaritons et montré que les modifications observées sont en grande partie dues aux mécanismes de formation des excitons.

Mots clés: Semiconductor Microcavity; Electron-polariton collisions

Mots clés: Polaritons; Excitons; Microcavités semi-conductrices; Relaxation; Collisions polariton-électron

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Mathieu Perrin. Relaxation des polaritons dans une microcavité contenant un gaz d'électrons. Matière Condensée [cond-mat]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00119378⟩