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Toward an operationnal single photon source based on semiconductor nanowires

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Academic year: 2021

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HAL Id: tel-01592076

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01592076

Submitted on 22 Sep 2017

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semiconductor nanowires

Thibault Cremel

To cite this version:

Thibault Cremel. Toward an operationnal single photon source based on semiconductor nanowires. Optics [physics.optics]. Université Grenoble Alpes, 2016. English. �NNT : 2016GREAY064�. �tel-01592076�

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THÈSE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE LA COMMUNAUTÉ UNIVERSITÉ

GRENOBLE ALPES

Spécialité : Physique

Arrêté ministériel : 7 août 2006

Présentée par

Thibault CREMEL

Thèse dirigée par Kuntheak KHENG et codirigée par Edith Bellet-Amalric

préparée au sein du Laboratoire NanoPhysique et Semiconducteur

(NPSC) du CEA-Grenoble

dans l'École Doctorale de Physique.

Vers une source de photons uniques

opérationnelle à base de nanofils

semiconducteurs

Thèse soutenue publiquement le 08 Novembre 2016, devant le jury composé de :

Valia Voliotis

Professeure, CNRS-Université Pierre et Marie Curie, Paris, Rapportrice. Frank Glas

Directeur de recherche, C2N, CNRS, Université Sud, Université Paris-Saclay, Marcoussis, Rapporteur.

Christophe Couteau

Professeur assistant, CNRS-Université de Technologie de Troyes, Examinateur. Benoît Boulanger

Professeur, CNRS-Université Grenoble Alpes, Grenoble, Président. Edith Bellet-Amalric

Ingénieure CEA, INAC, Grenoble, Co-Directrice de thèse. Kuntheak KHENG

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♠❛✐❧❧❡✱ s❛♥s ❞✐s❧♦❝❛t✐♦♥s ❛✉① ✐♥t❡r❢❛❝❡s ❬✸❪✳ ■❧ ❡st ❛✐♥s✐ ♣♦ss✐❜❧❡ ❞✬✐♥sér❡r ✉♥❡ ♣❡t✐t❡ ✐♥❝❧✉s✐♦♥ s❡♠✐❝♦♥❞✉❝tr✐❝❡ ♦✉ ❜♦ît❡ q✉❛♥t✐q✉❡ à ❧✬✐♥tér✐❡✉r ❞✬✉♥ ♥❛♥♦✜❧ ❞❡ ♣❧✉s ❣r❛♥❞ ❣❛♣✳ ▲❡s ♥❛♥♦✜❧s ❡t ❜♦ît❡s q✉❛♥t✐q✉❡s s♦♥t ✉t✐❧✐sés ❝♦♠♠❡ s♦✉r❝❡s ❞❡ ❧✉♠✐èr❡ ❞❛♥s ❧❡s ▲❊❉s ✭▲✐❣❤t✲❊♠✐tt✐♥❣ ❉✐♦❞❡s✮ ♦✉ ❡♥❝♦r❡ ❧❡s s♦✉r❝❡s ❞❡ ♣❤♦t♦♥s ✉♥✐q✉❡s✳ ❈❡s ❞❡r♥✐èr❡s é♠❡t✲ t❡♥t ✲ ❝♦♠♠❡ ❧❡✉r ♥♦♠ ❧✬✐♥❞✐q✉❡ ✲ ❞❡s ♣❤♦t♦♥s ✉♥✐q✉❡s ✲ q✉✐ ✐♥t❡r❛❣✐ss❡♥t ❢❛✐❜❧❡♠❡♥t ❛✈❡❝ ❧❡✉r ❡♥✈✐r♦♥♥❡♠❡♥t ✭♣❡✉ ❞❡ ❞é❝♦❤ér❡♥❝❡✮✱ ❝❡ q✉✐ ❧❡✉r ♣❡r♠❡t ❞✬êtr❡ ✉t✐❧✐sés ♣♦✉r tr❛♥s♠❡ttr❡ ❞❡s ✐♥❢♦r♠❛t✐♦♥s s✉r ❞❡ ❧❛r❣❡s ❞✐st❛♥❝❡s✳ ❉❡ ❢❛ç♦♥ ♣❧✉s ❣é♥ér❛❧❡✱ ❧✬✐♥térêt ❞❡ ❧❛ ❝♦♠♠✉♥❛✉té s❝✐❡♥t✐✜q✉❡ ♣♦✉r ❝❡s s♦✉r❝❡s ❡st r❡❧✐é ❛✉ ❞é✈❡❧♦♣♣❡♠❡♥t ré❝❡♥t ❞❡ ❧❛ t❤é♦r✐❡ ❞❡ ❧✬✐♥❢♦r♠❛t✐♦♥ q✉❛♥t✐q✉❡ ❬✹✱ ✺❪✳ ❊♥ ❡✛❡t✱ ❝❡s s♦✉r❝❡s ♣❡✉✈❡♥t êtr❡ ✉t✐❧✐sé❡s ♣♦✉r ❧❡ ❝❛❧❝✉❧ q✉❛♥t✐q✉❡ ♦♣✲ t✐q✉❡ ❬✻❪ ♦✉ ❧❛ ❝r②♣t♦❣r❛♣❤✐❡ q✉❛♥t✐q✉❡ ♣♦✉r ❛♠é❧✐♦r❡r ❧❡s ♣❡r❢♦r♠❛♥❝❡s ❞❡ ❞✐str✐❜✉t✐♦♥ ❞❡s ❝❧és ❡t é✈✐t❡r ❧❡s é❝♦✉t❡s ♦✉ t❡♥t❛t✐✈❡s ❞❡ ❤❛❝❦✐♥❣ ❬✼❪✳ ▲❡s s♦✉r❝❡s ❞❡ ♣❤♦t♦♥s ✉♥✐q✉❡s ♣❡✉✲ ✈❡♥t ❛✉ss✐ êtr❡ ✉t✐❧✐sé❡s ❞❛♥s ❧❡ tr❛✐t❡♠❡♥t q✉❛♥t✐q✉❡ ❞❡ ❧✬✐♥❢♦r♠❛t✐♦♥ ❡t ❧❛ ♠étr♦❧♦❣✐❡ ❬✽❪✳ P❛r ❝♦♥séq✉❡♥❝❡✱ ✐❧ ❡st ♥é❝❡ss❛✐r❡ ❞❡ ❞✐s♣♦s❡r ❞❡ s♦✉r❝❡s ✜❛❜❧❡s ❬✾❪ ❡t ♣♦✉r ❞❡s ❛♣♣❧✐❝❛t✐♦♥s ré❛❧✐st❡s✱ ❧❡ ❞é✜ ❡st ❞✬♦❜t❡♥✐r ❞❡s s♦✉r❝❡s ❞❡ ♣❤♦t♦♥s ✉♥✐q✉❡s q✉✐ ❢♦♥❝t✐♦♥♥❡♥t ❥✉sq✉✬à t❡♠✲ ♣ér❛t✉r❡ ❛♠❜✐❛♥t❡✳ ❊♥ ❡✛❡t✱ ❧♦rsq✉❡ ❧❛ t❡♠♣ér❛t✉r❡ ❛✉❣♠❡♥t❡✱ ❧✬❡①❝✐t❛t✐♦♥ t❤❡r♠✐q✉❡ ✐♥❞✉✐t ❞❡s r❡❝♦♠❜✐♥❛✐s♦♥s ♥♦♥✲r❛❞✐❛t✐✈❡s q✉✐ ❞✐♠✐♥✉❡♥t ❧✬❡✣❝❛❝✐té ❞❡s s♦✉r❝❡s ✉t✐❧✐sé❡s✳

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◆♦tr❡ ❣r♦✉♣❡ à ré❝❡♠♠❡♥t ❞é♠♦♥tré q✉✬❡♥ ✐♥sér❛♥t ✉♥❡ ❜♦ît❡ q✉❛♥t✐q✉❡ ❞❡ ❈❞❙❡ ❞❛♥s ✉♥ ♥❛♥♦✜❧ ❞❡ ❩♥❙❡✱ ❧✬é♠✐ss✐♦♥ ❞❡ ♣❤♦t♦♥ ✉♥✐q✉❡ ♣♦✉✈❛✐t êtr❡ ♦❜t❡♥✉❡ ❥✉sq✉✬à t❡♠♣ér❛t✉r❡ ❛♠❜✐❛♥t❡ ❬✶✵❪✳ ◆é❛♥♠♦✐♥s✱ ❝❡s ♥❛♥♦✜❧s ❛✈❛✐❡♥t ✉♥ r❡♥❞❡♠❡♥t q✉❛♥t✐q✉❡ ❢❛✐❜❧❡ ❡t ♥✬ét❛✐❡♥t ♣❛s ♦r✐❡♥tés ✈❡rt✐❝❛❧❡♠❡♥t à ❧❛ s✉r❢❛❝❡ ❞❡s é❝❤❛♥t✐❧❧♦♥s ❞✉ ❢❛✐t ❞❡ ❧❡✉r ❝r♦✐ss❛♥❝❡ s✉✐✈❛♥t ❧✬♦r✐❡♥t❛t✐♦♥ ❝r✐st❛❧❧♦❣r❛♣❤✐q✉❡ ✭✵✵✶✮✳ ❈❡s ♥❛♥♦✜❧s ✈❡rt✐❝❛✉① ♦♥t ♣♦✉r ✐♥térêt ❞❡ ♣♦✉✈♦✐r êtr❡ ❛✐sé♠❡♥t ❝♦✉♣❧és à ❞❡s str✉❝t✉r❡s ♣❤♦t♦♥✐q✉❡s ♣♦✉r ❛✉❣♠❡♥t❡r ❧❛ ❝♦❧❧❡❝t✐♦♥ ❞❡s ♣❤♦t♦♥s✱ ❝♦♠♠❡ ♥♦✉s ❧❡ ✈❡rr♦♥s ❞❛♥s ❝❡ ♠❛♥✉s❝r✐t✳ ▲❛ ❝r♦✐ss❛♥❝❡ ❞❡ ♥❛♥♦✜❧s ✈❡rt✐❝❛✉① ❡st ❢❛✈♦r✐sé❡ ❛✈❡❝ ❞❡s s✉❜str❛ts ♦r✐❡♥tés s✉✐✈❛♥t ❧✬♦r✐❡♥t❛t✐♦♥ ❝r✐st❛❧❧♦❣r❛♣❤✐q✉❡ ✭✶✶✶✮✳ P♦✉r ❝❡s r❛✐s♦♥s✱ ❧❡ ❜✉t ❞❡ ❝❡ tr❛✈❛✐❧ ❞❡ ❞♦❝t♦r❛t ❡st ❞❡ ❞é✈❡❧♦♣♣❡r ❧❛ ❝r♦✐ss❛♥❝❡ ❞❡ ❜♦ît❡s q✉❛♥t✐q✉❡s ❞❡ ❈❞❙❡ ❞❛♥s ❞❡s ♥❛♥♦✜❧s ❞❡ ❩♥❙❡ ✈❡rt✐❝❛✉① ❛✜♥ ❞✬❡♥ ❛♠é❧✐♦r❡r ❧❡s ♣r♦♣r✐étés ♦♣t✐q✉❡s✳ P❧✉s s♣é❝✐✜q✉❡♠❡♥t✱ ❧❡ ❜✉t ❞❡ ❝❡ tr❛✈❛✐❧ ❞❡ ❞♦❝t♦r❛t ❡st ❞❡ ❞é✈❡❧♦♣♣❡r ❧❛ ❝r♦✐ss❛♥❝❡ ❞❡ ♥❛♥♦✜❧s ✈❡rt✐❝❛✉① s✉✐✈❛♥t ❧✬♦r✐❡♥t❛t✐♦♥ ❝r✐st❛❧❧♦❣r❛♣❤✐q✉❡ ✭✶✶✶✮ ♣❛r é♣✐t❛①✐❡ ♣❛r ❥❡t ♠♦❧é❝✉❧❛✐r❡ ❡t ❞✬❡♥ ét✉❞✐❡r ❧❡s ♣r♦♣r✐étés ♦♣t✐q✉❡s ❥✉sq✉✬à t❡♠✲ ♣ér❛t✉r❡ ❛♠❜✐❛♥t❡✱ ♣♦✉r ❞❡s ❛♣♣❧✐❝❛t✐♦♥s ♣♦t❡♥t✐❡❧❧❡s ❡♥ t❛♥t q✉❡ s♦✉r❝❡s ❞❡ ♣❤♦t♦♥s ✉♥✐q✉❡s✳ ✷

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t❡r♠✐♥é❡ ❩♥✮ ♥✬ét❛♥t ♣❛s ❢❛✈♦r❛❜❧❡✱ ❧✬ét✉❞❡ ❞❡s ♠❡✐❧❧❡✉r❡s ❝♦♥❞✐t✐♦♥s ❞❡ ❝r♦✐ss❛♥❝❡ s✉✐✈❛♥t ❧✬♦r✐❡♥t❛t✐♦♥ ✭✶✶✶✮❇ ✭s✉r❢❛❝❡ t❡r♠✐♥é❡ ❙❡✮ ♥♦✉s ♣❡r♠❡t ❞❡ ❝♦♥❝❧✉r❡ q✉❡ ❞❡s ♥❛♥♦✜❧s ✈❡rt✐❝❛✉① ♣❡✉✈❡♥t êtr❡ ♦❜t❡♥✉s à ✹✵✵➦❈ s♦✉s ❡①❝ès ❞❡ sé❧é♥✐✉♠✳ ❊♥ r❡❝♦✉✈r❛♥t ❡♥s✉✐t❡ ❝❡s ♥❛♥♦✜❧s ❞✬✉♥❡ ❝♦q✉✐❧❧❡ s❡♠✐❝♦♥❞✉❝tr✐❝❡ ❞❡ ❩♥▼❣❙❡ ❞❡ ❣❛♣ s✉♣ér✐❡✉r✱ ❧❡s ♥❛♥♦✜❧s ♣❡✉✈❡♥t êtr❡ ❡✣❝❛❝❡♠❡♥t ♣❛ss✐✈és✳ ❊♥ ❡✛❡t✱ ❧✬✐♥t❡♥s✐té ❞❡ ❧❛ ❧✉♠✐♥❡s❝❡♥❝❡ ❞❡ ♥❛♥♦✜❧s ✉♥✐q✉❡s ❡st ❛✉❣♠❡♥té❡ ❞❡ ♣❧✉s ❞❡ ❞❡✉① ♦r❞r❡s ❞❡ ❣r❛♥❞❡✉r✳

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❈❤❛♣✐tr❡ ✹ ✲ ▲✬❛✉❣♠❡♥t❛t✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ❝♦❧❧❡❝t✐♦♥ ❞❡ ♣❤♦t♦♥s

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