en fr Study of polaritonics properties of ZnO and GaN. Application to the study of polariton laser effect in a microcavity Etude des propriétés polaritoniques de ZnO et GaN. Application à létude de leffet laser à polaritons Reportar como inadecuado




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1 IP - Institut Pascal Aubiere

Abstract : This manuscript is devoted to the physics of polaritons in two wide band gap semiconductor : ZnO and GaN. The polaritonic parameters of these materials have been accurately determined through a study which combines linear and non-linear spectroscopies continuous reflectivity, autocorrelation, photoluminescence and degenerate four-wave mixing. The interpretation of these results lead to a better understanding of the interaction processes in the semiconductor : the important role played by the polariton-LO phonon interactions in the polaritonic damping is highlighted and particularly for ZnO. This preliminary work on bulk samples is essential for a suitable study of polariton lasing in microcavities like it is presented in the second part of this manuscript. For this study, two similar microcavities, one based on ZnO and another on GaN. The photonic properties of these structures are at the state of the art : they have a good quality factor Q ≈ 1,000 and have a low photon disorder. The strong coupling regime and the polariton lasing are observed to room temperature. Finally, the establishment of phase diagrams allows to highlight the important role of LO phonons in reduction of the laser threshold.

Résumé : Ce manuscrit est consacré à la physique des polaritons dans deux matériaux semiconducteurs à grand gap : ZnO et GaN. Les paramètres polaritoniques de ces matériaux ont été déterminés avec précision grâce à une étude combinant différentes techniques spectroscopiques linéaires et non-linéaires réflectivité continue, autocorrélation, photoluminescence et mélange à quatre ondes dégénérées. L’interprétation de ces résultats conduit à une meilleure compréhension des processus d’interaction au sein du semiconducteur : le rôle important des interactions polariton-phonon LO dans l’élargissement polaritonique a notamment pu être mis en évidence. Ce travail effectué sur des échantillons massifs est indispensable pour mener au mieux l’étude de l’effet laser à polaritons dans des microcavités présentée dans la seconde partie de ce manuscrit. Pour cette étude, deux microcavités massives semblables, une à base de ZnO l’autre de GaN, ont été réalisées. Les qualités photoniques de ces structures sont à l’état de l’art : elles présentent un bon facteur de qualité Q ≈ 1000 et un faible désordre photonique. Le régime de couplage fort ainsi que l’effet laser à polaritons sont observés jusqu-à température ambiante. Enfin, l’établissement de diagrammes de phases permet de mettre en exergue le rôle important des phonons LO dans l’abaissement du seuil laser.

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Keywords : Spectroscopy Four wave mixing Strong coupling Polariton laser Micro cavity Gallium nitride Zinc oxide

Mots-clés : Oxyde de zinc Nitrure de gallium Exciton Microcavité Laser à polaritons Couplage fort Mélange à quatre ondes dégénérées Spectroscopie





Autor: Emilien Mallet -

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



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