Présentation

Une boîte quantique (BQ) semiconductrice présente des transitions optiques discrètes très similaires à celles d'un atome. Ces dernières années, il a été montré que les boites quntiques peuvent êtres de sources de photons uniques, de photons indiscernables et de paires de photons intriquées en polarisation. Par ailleurs, le spin d'un porteur piégé dans une BQ apparaît comme un bit quantique bien isolé de son environnement. En insérant une telle BQ dans une cavité optique, son émission peut être accélérée (effet Purcell) voire même rendue réversible : c'est le régime de couplage fort. Le premier régime est intéressant pour produire des sources pour la cryptographie quantique à l'état solide, le second dans le domaine du traitement de l'information quantique. Notre activité est consacrée à l'étude et à la démonstration de ces effets, ainsi qu'à leurs applications.

	Développement de cavités optiques Etudes des boîtes quantiques uniques
	Première démonstration du régime de couplage fort
	Une technologie déterministe pour coupler une boîte quantique à une microcavité
	Premières études systématiques de l'interaction lumière matière
	Une source ultra-brillante de paires de photons intriqués
	Contrôle de l'émission spontanée de nanocristaux CdSe/ZnS
	Excitation résonante de systèmes boîtes quantiques - cavités en régime de couplage fort

Faits Marquants

• A quantum dot based ultrabright source of entangled photon pairs (2010-09-14)
  Thème(s) : Optique quantique et non linéaire
  
  

Membres

Contacts

Senellart Pascale	(+33) 1 69 63 61 96
Lanco Loic	(+33) 1 69 63 60 45

Et aussi...

Bloch Jacqueline	(+33) 1 69 63 61 90
Gauthron Karine	(+33) 1 69 63 61 94
Lemaître Aristide	(+33) 1 69 63 60 72
Voisin Paul	(+33) 1 69 63 61 93
Arnold Christophe	(+33) 1 69 63 60 46
Loo Vivien	(+33) 1 69 63 60 54
Belacel Cherif	(+33) 1 69 63 60 54
Gazzano Olivier	(+33) 1 69 63 61 89
Nowak Anna Kamila	(+33) 1 69 63 60 47

Brevets

• Sources et capteurs de lumière comprenant au moins une microcavité à mode TAMM plasmonique localisé, A. Lemaître, P. Senellart, J. Bellessa, O. Gazzano, S. Michaelis de Vasconcellos, FR 1003/881 , (2010-09-30)
  
• Composant émetteur de paires de photons intriqués en polarisation et méthode de fabrication de ce composant, P. Senellart, A. Dousse, FR 10 00195, (2010-01-19)
  

Publications

• Single-shot initialization of electron spin in a quantum dot using a short optical pulse , V. Loo, L. Lanco, O. Krebs, P. Senellart, C. Voisin, Phys. Rev. B 83, 033301 (2011)
• Critical optical coupling between a GaAs disk and a nanowaveguide suspended on the chip , C. Baker, C. Belacel, A. Andronico, P. Senellart, A. Lemaître, E. Galopin, S. Ducci, G. Leo, I. Favero, Appl. Phys. Lett. 99, 151117 (2011)
• Evidence for Confined Tamm Plasmon Modes under Metallic Microdisks and Application to the Control of Spontaneous Optical Emission , O. Gazzano, S. Michaelis de Vasconcellos, K. Gauthron, C. Symonds, J. Bloch, P. Voisin, J. Bellessa, A. Lemaître, P. Senellart, Phys. Rev. Lett. 107, 247402 (2011)
• Spatial, spectral, and polarization properties of coupled micropillar cavities , S. Michaelis de Vasconcellos, A. Calvar, A. Dousse, J. Suffczynski, N. Dupuis, A. Lemaître, I. Sagnes, J. Bloch, P. Voisin, P. Senellart, Appl. Phys. Lett. 99, 101103 (2011)
• Ultrabright source of entangled photon pairs , A. Dousse, J. Suffczynski, A. Beveratos, O. Krebs, A. Lemaître, I. Sagnes, J. Bloch, P. Voisin, P. Senellart, Nature 466, 217 (2010)
• A quantum dot based bright source of entangled photon pairs operating at 53 K , A. Dousse, J. Suffczynski, O. Krebs, A. Beveratos, A. Lemaître, I. Sagnes, J. Bloch, P. Voisin, P. Senellart, Appl. Phys. Lett. 97, 081104 (2010)
• High Frequency GaAs Nano-Optomechanical Disk Resonator , L. Ding, C. Baker, P. Senellart, A. Lemaître, S. Ducci, G. Leo, I. Favero, Phys. Rev. Lett. 105, 263903 (2010)
• Quantum dot-cavity strong-coupling regime measured through coherent reflection spectroscopy in a very high-Q micropillar , V. Loo, L. Lanco, A. Lemaître, I. Sagnes, O. Krebs, C. Voisin, P. Senellart, Appl. Phys. Lett. 97, 241110 (2010)
• Optically tunable nuclear magnetic resonance in a single quantum dot , M. N. Makhonin, E. A. Chekhovich, P. Senellart, A. Lemaître, M. Skolnick, A. I. Tartakovskii, Phys. Rev. B 82, 161309 (2010)
• Origin of the Optical Emission within the Cavity Mode of Coupled Quantum Dot-Cavity Systems , J. Suffczynski, A. Dousse, K. Gauthron, A. Lemaître, I. Sagnes, L. Lanco, J. Bloch, P. Voisin, P. Senellart, Phys. Rev. Lett. 103, 027401 (2009)
• Scalable implementation of strongly coupled cavity-quantum dot devices , A. Dousse, J. Suffczynski, R. Braive, A. Miard, A. Lemaître, I. Sagnes, L. Lanco, J. Bloch, P. Voisin, P. Senellart, Appl. Phys. Lett. 94, 121102 (2009)
• Continuous-wave versus time-resolved measurements of Purcell factors for quantum dots in semiconductor microcavities , M. Munsch, A. Mosset, A. Auffeves, S. Seidelin, J.-P. Poizat, J.-M. Gerard, A. Lemaître, I. Sagnes, P. Senellart, Phys. Rev. B 80, 115312 (2009)
• Controlled Light-Matter Coupling for a Single Quantum Dot Embedded in a Pillar Microcavity Using Far-Field Optical Lithography , A. Dousse, L. Lanco, J. Suffczynski, E. Semenova, A. Miard, A. Lemaître, I. Sagnes, C. Roblin, J. Bloch, P. Senellart, Phys. Rev. Lett. 101, 267404 (2008)
• Highly directional radiation pattern of microdisk cavities , E. Peter, A. Dousse, P. Voisin, A. Lemaître, D. Martrou, A. Cavanna, J. Bloch, P. Senellart, Appl. Phys. Lett. 91, 151103 (2007)
• Fast radiative quantum dots: From single to multiple photon emission , E. Peter, S. Laurent, J. Bloch, J. Hours, S. Varoutsis, I. Robert-Philip, A. Beveratos, A. Lemaître, A. Cavanna, G. Patriarche, P. Senellart, D. Martrou, Appl. Phys. Lett. 90, 223118 (2007)
• High-Q whispering-gallery mode in GaAs/AlOx microdisks , E. Peter, I. Sagnes, G. Guirleo, S. Varoutsis, J. Bloch, A. Lemaître, P. Senellart, Appl. Phys. Lett. 86, 021103 (2005)
• Exciton photon strong-coupling regime for a single quantum dot in a microcavity , E. Peter, P. Senellart, D. Martrou, A. Lemaître, J. Hours, J. M. Gérard, J. Bloch, Phys. Rev. Lett. 95, 067401 (2005)
• Exciton radiative lifetime controlled by the lateral confinement energy in a single quantum dot , J. Hours, P. Senellart, E. Peter, A. Cavanna, J. Bloch, Phys. Rev. B 71, 161306(R) (2005)
• Few particle effects in the emission of short radiative lifetime single quantum dots , P. Senellart, E. Peter, J. Hours, A. Cavanna, J. Bloch, Phys. Rev. B 72, 115302 (2005)
• Phonon sidebands in exciton and biexciton emission from single GaAs quantum dots , E. Peter, J. Hours, P. Senellart, A. Vasanelli, A. Cavanna, J. Bloch, J. M. Gérard, Phys. Rev. B 69, 41307(R) (2004)
• Single photon emission from individual GaAs quantum dots , J. Hours, S. Varoutsis, M. Gallart, J. Bloch, I. Robert-Philip, A. Cavanna, I. Abram, Appl. Phys. Lett. 82, 2206 (2003)

Contrats et projets

Projets Internationaux

QD-CQED : A quantum dot in a cavity: A solid state platform for quantum operations

Référence de contrat : ERC starting grant 277885
Coordinateur, Partenaire(s) : P. Senellart (LPN ),
Principaux objectifs : Le projet QD-CQED a pour objectif d’implémenter des opérations quantiques élémentaires à l’aide de boîtes quantiques semiconductrices dans des microcavités optiques. A l’aide de sources de photons uniques et paires de photons intriquées ultra-brillantes, nous souhaitons démontrer la téléportation quantique et l’échange d’intrication. En ajoutant un porteur dans les boites quantiques, nous voulons obtenir l’intrication spin-photon et nous diriger vers l’intrication de deux spins à distances. (2011-2016)

SSQN : Solid State Quantum Network

Référence de contrat : CHISTERA 2011
Coordinateur, Partenaire(s) : J. Rarity (Université de Bristol),
Responsable(s) LPN : Pascale Senellart
Principaux objectifs : In this consortium we propose to work towards a deterministic quantum network based on semiconductor quantum dot-micropillar cavity systems. In particular, we will develop a QD-spin micropillar cavity system, which acts as an all-in-one spin-photon-interface and a Bell-state analyser. (2011-2014)

ILNACS : Nanostructures of Compound Semiconductors (Growth, properties, devices)

Référence de contrat : Laboratoire International Associé (LIA) CNRS - Université de Montpellier - INSA Toulouse / Académie des Sciences de Russie - Fondation Russe pour la Recherche Fondamentale
Responsable(s) LPN : Frank Glas
Principaux objectifs : Coordonner et développer les collaborations scientifiques entre les laboratoires du CNRS et les laboratoires et instituts de l'académie des sciences russe basés à Saint-Petersbourg dans le domaine de la croissance et de l'étude des propriétés physiques des nanostructures de semiconducteurs composés, et des composants basés sur ces structures. (2010-2013)




ANR jeunes chercheurs

MIND : Mesure non destructive d’un spin unique.

Référence de contrat : ANRJCJC2009
Responsable(s) LPN : Loic Lanco
Principaux objectifs : Mesure non destructive d’un spin unique. (2009-2012)

MICADOS : Boîtes quantiques semiconductrices de grande force d’oscillateur et microcavités optiques ultimes pour le régime de couplage fort exciton-photon

Référence de contrat : ANR Programme Jeunes chercheuses et Jeunes Chercheurs
Coordinateur, Partenaire(s) : S. Sauvage (Université De Versailles Saint-Quentin-En-Yvelines ), S. Sauvage (IEF)
Responsable(s) LPN : Pascale Senellart, Isabelle Robert-Philip
Principaux objectifs : L’étude se developpera selon trois axes de travail: 1. Etude de boîtes quantiques de grande force d’oscillateur 2. Développement de cavités optiques ultimes 3. Etude optique du régime de couplage fort (2005-2008)




ANR PNANO

CAFE : Source de photons uniques assistée par la décohérence d'une boîte quantique

Référence de contrat : ANR P3N 2009
Responsable(s) LPN : Pascale Senellart
Principaux objectifs : L’objectif de ce projet est la fabrication déterministe, compatible avec une production grande échelle, de sources de photons uniques efficaces à base de boites quantiques semiconductrices ou de nanocristaux de semiconducteurs (2009-2012)

DELIGHT : Deterministic light matter coupling

Référence de contrat : ANR P3N 2009
Responsable(s) LPN : Pascale Senellart
Principaux objectifs : L’objectif de ce projet est la fabrication déterministe, compatible avec une production grande échelle, de sources de photons uniques efficaces à base de boites quantiques semiconductrices ou de nanocristaux de semiconducteurs (2009-2012)




Autres Projets Nationaux

NAOMI : NAno-OptoMécanique Intégrable

Référence de contrat : Cnano Ile de France
Responsable(s) LPN : Rémy Braive, Pascale Senellart, Isabelle Robert-Philip
Principaux objectifs : L'objectif du projet est de développer la nano-optomécanique, en fédérant les expertises en optomécanique, nanophysique et nanofabrication des équipes de MPQ, du LKB et du LPN. (2008-2011)

PICORRE : Corrélations de photons à l’échelle picroseconde.

Référence de contrat : RTRA
Responsable(s) LPN : Pascale Senellart
Principaux objectifs : Mise en place d’un banc de corrélations de photons de résolution picoseconde. (2009-2011)

Stages passés et en cours

Post-doctorat

• Quantum optics with single quantum dots in cavities

A.K. Nowak-(En cours depuis 2012-01-16)
Thème : Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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• Un spin unique en microcavité: initialisation et mesure non-destructive

C. Arnold-(En cours depuis 2011-01-15)
Thème : Nanostructures, gaz d'électron et électronique de spin (NGES)
            Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : L. Lanco
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Les boîtes quantiques semiconductrices sont des très bonnes candidates pour la réalisation d’expériences d’information quantique dans un système à l’état solide. Au cours des dernières années, notre groupe a acquis une forte expertise dans le contrôle du couplage lumière-matière pour des boîtes quantiques en microcavité. Nous avons récemment développé une technique de lithographie in-situ permettant de coupler de façon déterministe une boîte quantique avec le mode optique d’une cavité. Nous sommes actuellement en train de réaliser un montage expérimental pour exciter/sonder de façon résonante ou quasi-résonante nos dispositifs, avec plusieurs perspectives prometteuses. Par exemple, le spin d’un électron unique confiné dans une boîte quantique peut occasionner une légère rotation de la polarisation d’un faisceau laser. Cet effet, s’il est amplifié à l’intérieur d’une microcavité optique, permet de réaliser la mesure non-destructive de ce spin et, à terme, d’observer en temps réel les sauts quantiques du spin. En parallèle, nous prévoyons de tirer avantage de l’exaltation du couplage lumière-matière pour obtenir l’initialisation ultrarapide du spin de l’électron. Les candidats à cette offre doivent avoir une solide expérience en optique ou en physique de la matière condensée, et être également intéressés par le travail technologique en salle blanche.


• Sources efficaces de photons uniques et de paires de photons intriqués à l’aide d’une BQ couplée à un mode de cavité

S. Michaelis de Vasconcellos-(2010-03-01 / 2011-09-30)
Thème : Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Thèse

• Couplage d’une BQ unique à une nano-antenne plasmonique.

O. Gazzano-(En cours depuis 2010-10-01)
Thème : Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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• Contrôle de l’émission spontanée à un nanocristal colloïcal

C. Belacel-(En cours depuis 2009-11-01)
Thème : Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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• Boites quantiques en microcavité : de l’excitation résonante à la mesure non-destructive d’un spin unique

V. Loo-(En cours depuis 2009-10-01)
Thème : Nanostructures, gaz d'électron et électronique de spin (NGES)
            Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : L. Lanco
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Dans le cadre de cette thèse, nous travaillons à l’excitation résonante de systèmes boites quantiques/microcavités pour lesquels l’interaction lumière-matière est particulièrement forte. Le dispositif expérimental réalisé permet la spectroscopie extrêmement fine de ces systèmes et, dans le cas de boites quantiques chargées avec un électron unique, permet d’envisager l’initialisation rapide ainsi que la mesure non-destructive du spin de l’électron.


• Couplage déterministe d’une boite quantique en cavité et fabrication d’une source ultrabrillante de paires de photons intriqués

A. Dousse-(2007-10-01 / 2010-09-30)
Thème : Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Stage

• Couplage d’une boite quantique à un mode plasmonique

O. Gazzano-(2010-03-01 / 2010-07-30)
Niveau : Master2
Thème : Optique quantique et non linéaire (OQNL)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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