Inversion de la pente des niveaux de W annier-Stark

Lagure1.28.a montrelespe tre ompletduphoto ourant mesurépourlaplushaute

puissan e utilisée :

I

L

= 10

mW. Les niveaux de Wannier-Stark d'indi es -1 à -6 sont visibles pour les ex itons de trous lourds ainsi que les niveaux de trous légers -1 et -

2. Les mesures représentées ont été ee tuées à

V

0

roissante, et la zone de bistabilité, très étroite par rapport à la gamme de tension explorée, n'apparait pas. Comme on l'a

noté pré édemment, les pi s sont dé alésvers les hautes tensions appliquées en raison de

l'a umulation des porteurs et le photo ourant est très faible pour

V

0

< 3

V, quelle que soit lafréquen e d'ex itation.

Ladépendan eenfréquen edespi sdeWannier-Starkdelagure1.28.aestégalement

modiée par les eets d'a umulation :la pente apparente de l'état

−1

est plus négative que si le hamp était homogène dans toute la stru ture, et elle de l'état

−2

est innie. La pente apparente des niveaux d'indi e inférieur à

−2

est même positive, à l'inverse du résultat attendu ( f.gure1.20). Ceteet étonnant est également présent danslespe tre

dephoto ourantsimuléreproduitengure1.28.b,ilestdon induitparl'a umulation de

hargeetl'é rantagedu hamp interne.

Figure 1.27  Représentation s hématique d'un état ex itonique de Wannier-Stark en

fon tion de latensioninterne (enbleu) etdelatension appliquée(en rouge). La hutede

potentieldanslabarrière

V

bar

,quiexpliquel'inversiondelapenteapparenteestégalement indiquée pourdeux valeurs

E

1

et

E

2

del'énergie desphotonsin idents.

L'inversion de penteobservée résulte d'uneetdiérentiel:sousillumination, les pi s

ex itoniques apparaissent à des tensions appliquées d'autant plus élevées que leur for e

d'os illateur est importante, ar une absorption élevée induit une forte a umulation de

harge,etdon une hutedepotentiel

V

bar

importante.Orlafor ed'os illateurdesniveaux deWannier-Starkd'indi enégatifdiminue ave l'énergiedesphotonsin idents.Latension

V

bar

se réduit don également lorsque la fréquen e du laser diminue. Ce phénomène est s hématisé sur la gure 1.27, qui représente la position d'un même niveau de Wannier-

Stark en fontion de

V

SR

(la pente est alors négative) et en fon tion de

V

0

. Comme le dé alage

V

bar

diminue ave l'énergie

ℏω

des photons in idents, la pente apparente (par rapport à

V

0

) devient positive. Les eets non-linéaires liés à l'a umulation des porteurs sont don tellement marqués dans ette stru ture que le omportement des niveaux de

Figure 1.28  Spe tres du photo ourant mesuré (a) et simulé (b) pour une puissan e

Con lusion

Dans e hapitre, on aprésenté les propriétés éle troniques etoptiques fondamentales

dessuper-réseauxdetypeI.Enparti ulier, onadétailléune méthodenumériquede al ul

de l'absorption par diagonalisation sur une base tronquée qui permet de traiter simul-

tanément l'eet d'un hamp éle trique et d'un hamp magnétique statiques, en tenant

ompte également de l'attra tion éle tron-trou, qui modiele spe tre d'absorption de fa-

çon déterminante. On montrera dans le pro hain hapitre que ette méthode peut aussi

être appliquée au as où le super-réseau est pla é dans une mi ro avité semi ondu tri e,

et qu'elle permet de dé rire ave une bonne pré ision les diérents régimes de ouplage

lumière-matière.

Dansladernièrese tion,lesrésultatsthéoriquesobtenuspardiagonalisationnumérique

ontété omparésauxmesuresee tuéesparJulietteMangeneyetFanqiMengsurunsuper-

réseau enterré entre deux ou hestampon épaisses.La méthode de al ulore unebonne

des riptionquantitativeduphoto ourant,etapermisdemettreenéviden eetdemodéliser

ave pré ision l'a umulation des porteurs de harge aux extrémités du super-réseau et

l'é rantage du hamp appliqué. Ce mé anisme est à l'origine de très fortes non-linéarités

sous irradiation intense,et on a analyséson rle dansles déformationsspe ta ulaires des

ara téristiques photo ourant-tension, dans l'apparition d'une bistabilité ainsi que dans

Hétérostru tures en régime de

ouplage fort : ontrle

éle trique dans les

super-réseaux et amplifi ation

bosonique de l'émission THz

Dans e hapitre,onétudieradespropriétésnon-linéairesdespolaritonsdansplusieurs

types d'hétérostru tureen ouplage fortave une mi ro avitésemi ondu tri e. Dans une

première partie,on modélisera le omportement original d'unsuper-réseaude puits quan-

tiquespla édansune avitéplanaire.Lesvariationsdelafor ed'os illateurdesniveauxde

Wannier-Stark en fon tion du hamp éle trique appliqué permettent de ontrler lafor e

du ouplage lumière-matière, e qui est impossible dans les stru tures généralement étu-

diées,pour lesquellesle ouplage ex iton-photonest xépar lesparamètres de roissan e.

Lessuper-réseauxbiaisés permettent ainsid'explorerunegrandevariétéde ongurations

de ouplage àla avitéparlasimplemodulation delatensionexterneappliquée.Onmon-

trera également que l'absorption et le gain THz dans e système peuvent être ontrlés

éle triquement. Dans unedeuxième partie, on présentera les résultatsd'une ollaboration

ave leséquipesOptique Cohérente et Non-linéaire auLaboratoire Pierre Aigrain,Optique

quantique au Laboratoire Kastler Brossel et Elaboration et Physique des Stru tures Epi-

taxiées au Laboratoire de Photonique et de Nanostru tures, ayant pour but la réalisation

expérimentale d'un eet nouveau, suggéré dans des travaux théoriques ré ents mais en-

orejamaisobservé :l'ampli ation bosonique del'émissionTHzdansunpuits quantique

en mi ro avité lorsque le régime de laserà polaritons est atteint. On analysera de façon

quantitative ephénomèneandemettreenéviden el'importan edespertespardiusion

non-radiative,puisonproposeraunnouveaudispositifutilisant unemi ro avitédouble,et

Sommaire

Introdu tion . . . 48

Dans le document Transport non-linéaire et génération Terahertz dans des systèmes bidimensionnels sous forte irradiation optique (Page 52-56)