en fr Light-matter interactions: artificial and solid-state crystals embedded in an optical cavity Interactions matière-lumière : des cristaux artificiels et des solides cristallins dans une cavité optique Reportar como inadecuado




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1 Universität des Saarlandes Saarbrücken 2 LPMMC - Laboratoire de physique et modélisation des milieux condensés

Abstract : This thesis is devoted to the characterization of crystalline structures for quantum techno-logical applications. It is composed of two parts.In a first project we study the localization transition of one particle in an one-dimensionalartificial quasiperiodic crystal, whose potential depends on the particle position. Weconsider an ultracold atom in an optical lattice, embedded in an optical cavity. Theatom strongly couples to the cavity, leading to a second optical potential. The positionof the atom within the cavity affects the cavity field, thus the atomic motion backactson the potential it is subjected to. For incommensurate wavelengths, we show that thecompetition between the two potentials yields a quasiperiodic potential. We determinethe parameters for which we reproduce the Aubry-André model and discuss the effects ofthe backaction on the localization transition.In the second project we propose a frequency down-conversion scheme to generateTHz radiation using the exciton-phonon coupling in a semiconductor crystal. Our idea isbased on a chain of interactions that are naturally present in a pumped semiconductormicrocavity. We derive the crucial exciton-phonon coupling, starting from the electron-phonon interaction via the deformation potential and taking into account the crystalsymmetry properties. We identify conditions necessary for THz emission, estimate theemission power and show that the exciton-phonon interaction provides a second-ordersusceptibility.

Résumé : Ce manuscrit est consacré à la caractérisation de structures cristallines pour des applicationsde technologie quantique. Il est composé de deux parties.Dans un premier projet, nous étudions la transition d’une particule d’un état étenduà un état localisé dans un cristal artificiel quasipériodique, dont le potentiel dépend dela position de la particule. Nous considérons un atome ultrafroid, confiné par un réseauoptique et incorporé dans une cavité optique. Le dipôle atomique est en interaction forteavec le champ électrique dans la cavité, ce qui mène à un deuxième potentiel optique pourl’atome. La position de l’atome dans la cavité influence notamment le champ intracavité :le mouvement de l’atome a donc un effet rétroactif sur le potentiel dans lequel il est confiné.Pour des longueurs d’onde incommensurables, nous montrons que la compétition entreles deux réseaux optiques donne lieu à un potentiel quasipériodique pour l’atome. Nousdéterminons les paramètres pour lesquels nous reproduisons le modèle Aubry-André etnous discutons les effets de la rétroaction de la cavité sur la transition de localisation.Le deuxième projet est une proposition pour générer une radiation THz, en utilisantle couplage entre excitons et phonons dans un cristal semi-conducteur. Nous proposonsun schéma de conversion de fréquence, basé sur une chaı̂ne d’interactions naturellementprésentes dans une cavité semi-conductrice pompée. La partie cruciale du schéma deconversion de fréquence est l’interaction faible entre des excitons et des phonons transversesoptiques. Nous la dérivons en commençant avec l’interaction électron-phonon via lepotentiel de déformation et en prenant en compte les propriétés de symétrie du cristal.Nous identifions les conditions nécessaires pour générer une radiation THz, nous estimonsla puissance de l’émission et nous montrons que l’interaction entre excitons et phononstransverses optiques fournit une susceptibilité non linéaire d’ordre deux.

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Keywords : quantum optic semiconductors localization transition exciton-polaritons exciton-TO-phonon coupling Aubry-André model

Mots-clés : optique quantique semi-conducteurs transition de localization





Autor: Katharina Rojan -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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