Boîtes quantiques semiconductrices de grande force d'oscillateur et microcavités optiques ultimes pour le régime de couplage fort exciton-photon – MICADOS

Lorsqu'une boîte quantique (BQ) unique est placée dans une cavité optique, son interaction avec le champ électromagnétique se trouve renforcée. L'émission de lumière peut devenir réversible si l'interaction est suffisamment forte. Le système est en Régime de Couplage Fort (RCF) et ses états propres sont des états mixtes lumière-matière, prometteurs pour l'implémentation de bits quantiques à l'état solide. La figure de mérite du RCF est donnée par le dédoublement de Rabi observé à la résonance rapporté à la largeur de raie des modes couplés (W/g). En 2004, le RCF a été démontré pour la première fois par trois groupes dans le monde, dont un groupe français au Laboratoire de Photonique et de Nanostructures, porteur de ce projet, avec un record de W/g=2. Pour aller plus loin et exploiter la physique du RCF dans le cadre du traitement de l'information quantique, le rapport W/g doit être augmenté. La physique des BQs est aujourd'hui un domaine de recherche très vaste, qui va de la croissance des nanostructures, à la réalisation de portes quantiques optiques basées sur l'émission de BQs uniques, en passant par l'optimisation de BQs pour les applications télécom. Ce projet rassemble des jeunes chercheurs chacun spécialisé dans un domaine de la physique des boîtes quantiques. Par la mise en commun de ces différentes compétences, ce projet se donne pour but de développer, dans les délais les plus courts possibles, le meilleur système (boîtes quantiques + cavité) pour le RCF qui permettra à la communauté française de poursuivre sa course en tête dans ce domaine.L'étude s'appuiera sur trois axes de travail:1. Etude de boîtes quantiques de grande force d'oscillateur : La croissance de BQs III-V rapides présentant une forte interaction avec la lumière sera réalisée par épitaxie par jets moléculaires. Trois pistes seront envisagées : les BQs GaAs formées par les fluctuations d'interfaces d'un puits quantique, les BQs naturelles InGaAs et les BQs InAs émettant à 1.3 µm recuites. La croissance sera optimisée grâce à des analyses structurales (STM, TEM) couplées au calcul des fonctions d'ondes électroniques et à des mesures d'optique. 2. Développement de cavités optiques ultimes :Pour renforcer l'interaction avec la lumière, des cavités ultimes de grand facteur de qualité, de type microdisques et microtores ou de type cavités à cristaux photoniques de très petit volume seront réalisées. Ces cavités existent déjà pour des volumes de l'ordre du µm3. Les verrous technologiques permettant de passer en deçà de 0.05 µm3 devront être levés.3. Mesures optiques :Une interaction permanente entre croissance, réalisation technologique et mesures d'optique permettra de progresser efficacement. Des mesures de micro-photoluminescence en continu seront réalisées afin de caractériser les cavités optiques réalisées. Les temps de vie radiatifs de BQs seront mesurés par luminescence résolue en temps. Enfin, les premières études optiques fines du régime de couplage fort seront réalisées, notamment : déphasage des états mixtes lumière-matière, diagramme de rayonnement, couplage fort en régime non-linéaire, émission séquentielle de photons. Participants au projet Nom Prénom Laboratoire ou équipe de rattachement Emploi actuel Date de nomination dans le poste Ageau 1/1/05 % du temps de recherche consacré au projet EQUIPE JEUNES CHERCHEURS SENELLART Pascale LPN-CNRS CR2 1/11/2002 32 80% ROBERT- PHILIP Isabelle LPN-CNRS CR1 1/10/2000 32 30 % SAUVAGE Sébastien IEF-ORSAY CR1 1/10/1999 33 20 % COLLABORATEURS BLOCH Jacqueline LPN-CNRS CR1 1/10/1994 37 40 % CAVANNA Antonella LPN-CNRS IR2 1/10/1994 34 20 % LEMAITRE Aristide LPN-CNRS CR2 1/10/2001 32 10 % PATRIARCHE Gilles LPN-CNRS CR1 1/12/1998 39 10 % SAGNES Isabelle LPN-CNRS CR1 1/10/1998 37 10 % PETER Emmanuelle LPN-CNRS Doctorant 1/10/2003 27 100 % Programme jeunes chercheuses et jeunes chercheurs 2005 B - Description du projet N°dossier : (reprendre la référence qui vous ser...