Laboratoire Charles Coulomb UMR 5221 CNRS/UM2 (L2C)

français


Accueil > La Recherche > Axes & Equipes > Physique de l’Exciton, du Photon & du Spin > Optique des états collectifs et des spins (OECS) > Etats collectifs dans les semiconducteurs > Condensats de polaritons et lasers à polaritons dans les microcavités GaN, ZnO

Condensats de polaritons et lasers à polaritons dans les microcavités GaN, ZnO

Les condensats de polaritons dans les microcavités sont un système-modèle très riche pour la physique des états collectifs quantiques, inspirés des condensats atomiques. GaN et ZnO sont des matériaux semiconducteurs présentant des excitons forts, en terme de force d’oscillateur et d’énergie de liaison. Ils sont donc particulièrement intéressants pour la génération et le contrôle de condensats de polaritons, que nous étudions à température ambiante.
La réalisation de microcavités ZnO planaires de grand facteur de qualité a longtemps constitué un défi important. Nous avons réalisé dès 2011 le premier laser à polaritons ZnO (à T=120K), dans une microcavité hybride [1] (Couche active ZnO, miroirs diélectrique et nitrure sur silicium, Q=450). Dans une approche radicalement différente, nous avons mis en evidence la condensation des polaritons à temperature ambiante dans une microcavité ZnO à miroirs diélectriques [2](Q>2000, pour un dédoublement de Rabi de 250 meV). Nous avons mesuré le diagramme de phase complet du laser à polaritons, et étudié de nouvelles microcavités sur substrat silicium [3].
Plus récemment, nous avons réalisé l’imagerie 2D, en champ proche et en champ lointain, de la propagation balistique du condensate de polaritons, que nous comparons à des simulations numériques de dynamique spatiale du condensat [4].
Nos travaux en cours visent à obtenir un laser à polaritons fonctionnant sous injection électrique à temperature ambiante, et à contrôler ses non-linéarités pour de nouvelles fonctionnalités.

Projets collaboratifs :

  • ITN Clermont4 (Exciton-polaritons : Physics and Applications, 2009-2013) ;
  • ANR ZOOM (Zinc oxide optical microcavities, Blanc, 2006-2009)
  • ANR Plug and Bose (Diode laser à polaritons à température ambiante injectée électriquement, 2017-2020)

[1Polariton lasing in a hybrid ZnO bulk microcavity
T. Guillet, M. Mexis, J. Levrat, G. Rossbach, C. Brimont, T. Bretagnon, B. Gil, R. Butté, N. Grandjean, L. Orosz, F. Réveret, J. Leymarie, J. Zúñiga-Pérez, M. Leroux, F. Semond, S. Bouchoule
Appl. Phys. Lett. 99, 161104 (2011)

[2From Excitonic to Photonic Polariton Condensate in a ZnO-Based Microcavity
Feng Li, L. Orosz, O. Kamoun, S. Bouchoule, C. Brimont, P. Disseix, T. Guillet, X. Lafosse, M.Leroux, J. Leymarie, M. Mexis, M. Mihailovic, G. Patriarche, F. Réveret, D. Solnyshkov, J. Zuniga-Perez, G. Malpuech
Phys. Rev. Lett. 110, 196406 (2013)

[3Patterned silicon substrates : A common platform for room temperature GaN and ZnO polariton lasers
J. Zuniga-Perez, E. Mallet, R. Hahe, M.J. Rashid, S. Bouchoule, C. Brimont, P. Disseix, J.Y. Duboz, G. Gommé, T. Guillet, O. Jamadi, X. Lafosse, M. Leroux, J. Leymarie, F. Li, F. Réveret, F. Semond
Appl. Phys. Lett. 104, 241113 (2014)

[4Interplay between tightly focused excitation and ballistic propagation of polariton condensates in a ZnO microcavity
R. Hahe, C. Brimont, P. Valvin, T. Guillet, F. Li, M. Leroux, J. Zuniga-Perez, X. Lafosse, G. Patriarche, S. Bouchoule
Phys. Rev. B 92, 235308 (2015), arxiv :1510.06716


ZnO Microcavities

Excitons in wide band gap semiconductors, and especially ZnO, present binding energies and oscillator strength one order of magnitude larger than GaAs. Our theoretical predictions in 2002 have (...)

Lire la suite

Strong exciton-plasmon coupling

Plasmons are an interesting alternative to cavities in order to confine the electromagnetic field. Their coupling to semiconductor excitons (GaAs quantum wells) is the purpose of the ANR project (...)

Lire la suite

Polariton spin dynamics

We were also interested in polaritons spin dynamics in II-VI microcavities with embedded diluted magnetic quantum wells, and III-V microcavities with embedded GaInAs quantum wells, in the (...)

Lire la suite

Projects

The originality of our research project concerning this issue relies on our position at interfaces : between microcavities and the subtle spin spectroscopy for GaAs microcavities, between (...)

Lire la suite


AIGLe

MathJax