Imaging the generation and propagation of polariton condensates in ZnO microcavities

Imagerie de la génération et de la propagation des condensats de polaritons dans les microcavités ZnO

Rereao Hahe (1)

1 L2C - Laboratoire Charles Coulomb

From the strong coupling between the exciton and the photon arise quasi-particules called exciton-polaritons. To achieve this interaction, both particles energies have to be matched and this is done by elaborating a structure which layer thicknesses, measuring only a few microns, have to be precisely calculated. Exciton-polaritons are bosons which effective mass is 8 order of magnitude lower than atoms, allowing it to reach the Bose-Einstein condensation regime up to room temperature. Exciton-polaritons in ZnO-based microcavities, since excitons from ZnO are stable enough to withstand the thermal energy at room temperature, have achieved polariton laser, which is the first step to Bose-Einstein condensation. This thesis is dedicated to the study of polariton condensates (that are different from polariton BEC) at room temperature. The homogeneity ZnO microcavity has been characterized and it was used to make the first experiments of control-shaped condensates. Polariton condensates propagation has also been investigated and we managed to understand which phenomena were implied at 80 and 300~K in a tightly focused excitation vs a 2D excitation regime by simulating the propagation. To achive this simulation, we solved the general Gross-pitaevskii equation.

Les polaritons excitoniques sont des quasiparticules obtenues à partir du couplage fort entre l'exciton et le photon. Cette interaction ne se produit que si les énergies des deux composantes (exciton et photon) sont très proches et nécessite l'utilisation d'une structure dont les épaisseurs de couches, micrométriques, doivent être déterminées précisément. Les polaritons excitoniques étant des bosons, il est théoriquement possible de réaliser la condensation de Bose-Einstein de polaritons jusqu'à l'ambiante car leur masse effective est de huit ordres de grandeur inférieur à celle des atomes. C'est notamment le cas des polaritons obtenus dans les microcavités à base de ZnO, matériau semiconducteur dont les excitons possèdent une énergie de liaison suffisamment élevée pour résister à l'agitation thermique à 300~K. Le régime de laser à polaritons à température ambiante, première étape vers le condensat de Bose-Einstein (BEC), a été atteint dans ces microcavités et nous avons dans cette thèse étudié les condensats de polaritons (que nous différencions du BEC de polaritons) à température ambiante. Après avoir caractérisé l'homogénéité d'une nouvelle microcavité ZnO, nous avons réalisé des expériences de contrôle de la géométrie des condensats de polaritons. Un autre axe de recherche basé sur la propagation des condensats a permis de déterminer, au travers de modélisations basées sur l'équation classique de Gross-Pitaevskii, quels étaient les phénomènes mis en jeu dans la propagation des condensats à 80 et 300~K pour une excitation fortement focalisée par rapport à une excitation classique à 2D.

Mots clés: Microcavity; Polariton; laser; ZnO; Condensation

Mots clés: Microcavité; polariton; ZnO; laser; condensation

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Rereao Hahe. Imagerie de la génération et de la propagation des condensats de polaritons dans les microcavités ZnO. Autre [cond-mat.other]. Université de Montpellier, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01334745v1⟩