Explorer la physique des condensats de Bose dans les semiconducteurs

Une conférence de Jacqueline Bloch, chercheuse au « Laboratoire de Photonique et de Nanostructures », Marcoussis, présentée le 4 décembre 2013.

Les microcavités à semiconducteurs sont aujourd’hui une véritable plateforme d’étude des condensats de Bose dans un système à l’état solide. Elles permettent de confiner dans un très petit volume à la fois les excitations électroniques et la lumière. L’interaction lumière-matière s’y trouve fortement renforcée, et l’on peut atteindre le régime de « couplage fort », où les états quantiques qui régissent les propriétés optiques du système sont des quasi-particules mi-lumière mi-matière, appelées polaritons de cavité.

Après leur découverte en 1992, il est apparu rapidement que les polaritons de cavités sont des quasi-bosons, qui peuvent occuper massivement un même état quantique et former un condensat de Bose. La mesure de l’émission de lumière de ces condensats permet de sonder toutes leurs propriété physiques (occupation des états, cohérence, statistique d’émission etc.). La recherche sur les condensats de polaritons, à la fois théorique et expérimentale, a connu un essor considérable ces dernières années, et des propriétés fascinantes comme la superfluidité, la formation de vortex ou encore une cohérence spatiale macroscopique ont été mises en évidence.

Notre équipe au LPN est un des groupes leader au niveau international sur ce sujet. La spécificité de nos travaux est d’utiliser les moyens technologiques de notre salle blanche (lithographie électronique et gravure) pour fabriquer des circuits photoniques, dans lesquels nous générons et manipulons des condensats de polaritons.

Dans ce séminaire, après une introduction détaillée, je décrirai nos travaux récents sur ces circuits à polaritons. Je montrerai la génération de flux cohérents de polaritons qui se propagent sur des distances macroscopiques, leur manipulation dans un interféromètre ou encore dans une structure à double barrière tunnel.

Enfin je montrerai comment l’ingénierie du potentiel dans lequel sont générés les polaritons ouvrent de nombreux domaines de recherche en réalisant des analogues photoniques de systèmes physiques intéressants : je prendrai comme exemples une molécule de benzène, un feuillet de graphène ou encore une suite de Fibonacci aux propriétés mathématiques fractales.

La conférence :

Pour écouter en ligne la conférence, synchronisée avec les diapositives et le plan de la conférence : « Explorer la physique des condensats de Bose dans les semiconducteurs » (durée : 52 min).