Présentation

L’orientation du spin d’un électron est très sensible à son déplacement dans un cristal semi-conducteur, à cause des champs magnétiques effectifs qu’il induit et qui font précesser le spin. En revanche elle doit être une grandeur très robuste lorsque l’électron est piégé dans une boîte quantique de type InAs/GaAs. Cette propriété de cohérence du spin, qui est au cœur de cette action, rend ce système très attractif pour la réalisation de portes logiques quantiques dans la matière condensée, utilisant le spin comme « quantum-bit ».

L’objectif de cette action est d’étudier par des méthodes optiques qui reposent sur l’orientation du spin par absorption d’un photon polarisé circulairement, les propriétés fondamentales qui peuvent limiter la cohérence de spin dans une boîte quantique, comme par exemple l’interaction hyperfine avec les noyaux ou bien le rôle du couplage spin-orbite. Ce faisant, nous comptons explorer les possibilités de manipulation optique du spin en s’attachant en particulier à la réalisation des fonctions d’écriture et de lecture de l’orientation du spin dans une boîte quantique individuelle.

Membres

Contacts

Lanco Loic	(+33) 1 69 63 60 45
Voisin Paul	(+33) 1 69 63 61 93
Krebs Olivier	(+33) 1 69 63 61 92

Et aussi...

Nestoklon M. O.	(+33) 1 69 63 61 72
Arnold Christophe	(+33) 1 69 63 60 46
Lemaitre Aristide	(+33) 1 69 63 60 72
Senellart Pascale	(+33) 1 69 63 61 96

Publications

• Nuclear spin physics in quantum dots: An optical investigation , B. Urbaszek, X. Marie, T. Amand, O. Krebs, P. Voisin, P. Maletinsky, A. Högele, A. Imamoglu, Rev. Mod. Phys. 85, 79 (2013)
• Optical Pumping and a Nondestructive Readout of a Single Magnetic Impurity Spin in an InAs/GaAs Quantum Dot , E. Baudin, E. Benjamin, A. Lemaitre, O. Krebs, Phys. Rev. Lett. 107, 197402 (2011)
• Fast coherent control of nuclear spins in an optically pumped single quantum dot , M. N. Makhonin, K. V. Kavokin, P. Senellart, A. Lemaitre, A.J. Ramsay, M. Skolnick, A. I. Tartakovskii, Nature Materials 10, 844 (2011)
• Single-shot initialization of electron spin in a quantum dot using a short optical pulse , V. Loo, L. Lanco, O. Krebs, P. Senellart, P. Voisin, Phys. Rev. B 83, 33301 (2011)
• Optically tunable nuclear magnetic resonance in a single quantum dot , M. N. Makhonin, E. A. Chekhovich, P. Senellart, A. Lemaitre, M. Skolnick, A. I. Tartakovskii, Phys. Rev. B 82, 161309 (2010)
• Anomalous Hanle Effect due to Optically Created Transverse Overhauser Field in Single InAs/GaAs Quantum Dots , O. Krebs, P. Maletinsky, T. Amand, B. Urbaszek, A. Lemaitre, P. Voisin, X. Marie, A. Imamoglu, Phys. Rev. Lett. 104, 56603 (2010)
• Magnetic anisotropy of singly Mn-doped InAs/GaAs quantum dots , O. Krebs, E. Benjamin, A. Lemaitre, Phys. Rev. B 80, 165315 (2009)
• Controlling the Polarization Eigenstate of a Quantum Dot Exciton with Light , C. Simonneau, T. Belhadj, C.-M. Simon, T. Amand, P. Renucci, B. Chatel, O. Krebs, A. Lemaitre, P. Voisin, X. Marie, B. Urbaszek, Phys. Rev. Lett. 103, 86601 (2009)
• Suppression of nuclear spin diffusion at a GaAs/AlxGa1-xAs interface measured with a single quantum-dot nanoprobe , M. Skolnick, A. E. Nikolaenko, E. A. Chekhovich, M. N. Makhonin, I. W. Drouzas, A. B. Van'kov, J. Skiba-Szymanska, M. S. Skolnick, P. Senellart, D. Martrou, A. Lemaitre, A. I. Tartakovskii, Phys. Rev. B 79, 81303 (2009)
• Hyperfine interaction in InAs/GaAs self-assembled quantum dots: dynamical nuclear polarization versus spin relaxation , O. Krebs, B. Eble, A. Lemaitre, P. Voisin, B. Urbaszek, T. Amand, X. Marie, C.R. Phys. 9, 874 (2008)
• Optical alignment and polarization conversion of the neutral-exciton spin in individual InAs/GaAs quantum dots , K. Kowalik, O. Krebs, A. Lemaitre, J. A. Gaj, P. Voisin, Phys. Rev. B 77, 161305 (2008)
• Optically probing the fine structure of a single Mn atom in an InAs quantum dot , A. Kudelski, A. Lemaitre, A. Miard, P. Voisin, T.C.M. Graham, R.J. Warburton, O. Krebs, Phys. Rev. Lett. 99, 247209 (2007)
• Efficient dynamical nuclear polarization in quantum dots: Temperature dependence , B. Urbaszek, P.-F. Braun, T. Amand, O. Krebs, M. Belhaj, A. Lemaitre, P. Voisin, X. Marie, Phys. Rev. B 76, 201301 (2007)
• Monitoring electrically driven cancellation of exciton fine structure in a semiconductor quantum dot by optical orientation , K. Kowalik, O. Krebs, A. Lemaitre, B. Eble, A. Kudelski, P. Voisin, S. Seidl, J. A. Gaj, Appl. Phys. Lett. 91, 183104 (2007)
• Manipulating the exciton fine structure of single CdTe/ZnTe quantum dots by an in-plane magnetic field , K. Kowalik, O. Krebs, A. Golnik, J. Suffczynski, J. Kossut, J. A. Gaj, P. Voisin, Phys. Rev. B 75, 195340 (2007)
• Manipulating exciton fine structure in quantum dots with a lateral electric field , B.D. Gerardot, S. Seidl, P.A. Dalgarno, R.J. Warburton, D. Granados, J.M. Garcia, K. Kowalik, O. Krebs, K. Karrai, A. Badolato, F. Petroff, Appl. Phys. Lett. 90, 41101 (2007)
• Electron spin quantum beats in positively charged quantum dots: nuclear field effects , L. Lombez, P.-F. Braun, X. Marie, P. Renucci, B. Urbaszek, T. Amand, O. Krebs, P. Voisin, Phys. Rev. B 75, 195314 (2007)
• Diamagnetic contribution to the effect of in-plane magnetic field on a quantum-dot exciton fine structure , M.M. Glazov, E. L. Ivchenko, O. Krebs, K. Kowalik, P. Voisin, Phys. Rev. B 76, 193313 (2007)
• Charge-controlled nuclear polarization of a single InAs/GaAs quantum dot under optical pumping , B. Eble, O. Krebs, A. Lemaitre, K. Kowalik, A. Kudelski, B. Urbaszek, T. Amand, X. Marie, P. Voisin, Phys. Stat. Sol. (c) 3, 3752 (2006)
• Dynamic nuclear polarization of a single charge-tunable InAs/GaAs quantum dot , B. Eble, O. Krebs, A. Lemaitre, K. Kowalik, A. Kudelski, P. Voisin, B. Urbaszek, X. Marie, T. Amand, Phys. Rev. B 74, R081306 (2006)
• Negative circular polarization as a general property of n-doped self-assembled InAs/GaAs quantum dots under nonresonant optical excitation , S. Laurent, M. Senes, O. Krebs, V. K. Kalevich, B. Urbaszek, X. Marie, T. Amand, P. Voisin, Phys. Rev. B 73, 235302 (2006)
• Bistability of the nuclear polarization created through optical pumping in In1−xGaxAs quantum dots , P.-F. Braun, B. Urbaszek, T. Amand, X. Marie, O. Krebs, B. Eble, A. Lemaitre, P. Voisin, Phys. Rev. B 74, 245306 (2006)
• Electrical control of hole spin relaxation in charge tunable InAs/GaAs Quantum Dots , S. Laurent, B. Eble, O. Krebs, A. Lemaitre, B. Urbaszek, X. Marie, T. Amand, P. Voisin, Phys. Rev. Lett. 94, 147401 (2005)
• Direct observation of the electron spin relaxation induced by nuclei in Quantum Dots , P.-F. Braun, X. Marie, L. Lombez, B. Urbaszek, T. Amand, P. Renucci, V. K. Kalevich, K. V. Kavokin, O. Krebs, P. Voisin, Y. Masumoto, Phys. Rev. Lett. 94, 116601 (2005)
• Influence of an in-plane electric field on exciton fine structure in InAs/GaAs self-assembled quantum dots , K. Kowalik, O. Krebs, A. Lemaitre, S. Laurent, P. Senellart, J. A. Gaj, P. Voisin, Appl. Phys. Lett. 86, 41907 (2005)
• Memoire de spin dans les boites quantiques de semiconducteurs , P. Voisin, O. Krebs, X. Marie, T. Amand, Images de la Physique , 52 (2004)
• Optically driven spin memory in n-doped InAs-GaAs quantum dots , S. Cortez, O. Krebs, X. Marie, S. Laurent, M. Senes, J.-M. Gérard, R. Ferreira, G. Bastard, P. Voisin, T. Amand, Phys. Rev. Lett. 89, 207401 (2002)
• Spin relaxation quenching in semiconductor quantum dots , M. Paillard, X. Marie, P. Renucci, T. Amand, A. Jbelli, J.-M. Gérard, Phys. Rev. Lett. 86, 1634 (2001)

• Exciton spin dynamics in semiconductor quantum dots , X. Marie, B. Urbaszek, O. Krebs, T. Amand, Spin Physics in Semiconductors 157, chap.4 (2008)

Contrats et projets

Projets Internationaux

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)

NanoEPR : Deterministic single quantum dot Nano-sources of Entangled Photons paiRs

Référence de contrat : NanoSci-ERA
Responsable(s) LPN : Isabelle Robert-Philip, Olivier Krebs
Principaux objectifs : Development of deterministic solid-state source of polarization entangled photons with a high collection efficiency. (2007-2010)




ANR PNANO

QUAMOS : Boîtes QUantiques, Adressage et Manipulation Optique de Spin

Référence de contrat : ANR-09-NANO-030-01
Coordinateur, Partenaire(s) : L. Besombes (Institut Neel), B. Urbaszek (LNMO), C. Testelin (INSP )
Responsable(s) LPN : Olivier Krebs
Principaux objectifs : Initialiser, lire, et manipuler de manière cohérente un spin unique dans une boîte quantique de semiconductor, fourni par une charge piégée (électron ou trou) ou les électrons 3d5 d'un atome magnétique incorporé. (2010-2013)

MOMES : Manipulation Optique, Magnétisme et Electronique de Spin

Référence de contrat : ANR PNANO
Coordinateur, Partenaire(s) : J.-M. George (TRT )
Responsable(s) LPN : Aristide Lemaitre
Principaux objectifs : Mise en œuvre de moyens d’injection et de détection de porteurs polarisés en spin, la compréhension des mécanismes de relaxation de spin dans des objets aux dimensions réduites et le développement de techniques de manipulation du spin. (2005-2008)




Projets Incitatifs du Ministère de la Recherche

BOITQUAN : Boîtes quantiques et semiconducteurs ferromagnétiques (GaMn)As pour l'électronique de spin

Référence de contrat : ACI
Responsable(s) LPN : Olivier Krebs, Aristide Lemaitre
Principaux objectifs : Injection de spin dans une boîte quantique unique (2004-2007)




Contrat Cnano

SOMASUMAQ : Spectroscopie Optique et Manipulation d'un Spin Unique de Manganèse dans une boîte Quantique III-V

Référence de contrat : financement de Thèse C'Nano IdF
Coordinateur, Partenaire(s) : A. Bhattacharjee (LPS)
Responsable(s) LPN : Aristide Lemaitre, Olivier Krebs
Principaux objectifs : Spectroscopie Optique et Manipulation d'un Spin Unique de Manganèse dans une boîte Quantique III-V Objectif principal : Etude des boîtes quantiques auto-assemblées InAs/GaAs contenant un seul atome magnétique de manganèse afin de caractériser l'interaction d'échange sp-d au niveau microscopique et de déterminer le potentiel d'un tel système dans le cadre de l'information quantique, en tentant de réaliser la préparation et manipulation d'états cohérents du spin magnétique. (2008-2011)

Stages passés et en cours

Post-doctorat

• Contrôle Optique d’une Impureté Magnétique dans une Boîte Quantique InAs/GaAs (COMAQ)

E. Baudin-(2012-01-01 / 2012-12-31)
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Le projet COMAQ vise à exploiter les propriétés d'un atome de manganèse (Mn) inséré dans une boîte quantique InAs/GaAs qui se présente à basse température comme un système à deux niveaux. Celui-ci correspond aux deux orientations du spin effectif constitué par la configuration anti-ferromagnétique du spin 5/2 de l'atome Mn et du spin 3/2 d'un trou de la bande de valence (lié au Mn en raison de son caractère accepteur). L'objectif est de réaliser un montage de mesure de la transmission différentielle d'une boîte quantique unique afin de démontrer la préparation de ce système par pompage optique et mesure nondestructive, en utilisant pour cela un schéma de transitions en W. Par cette technique, nous comptons aussi déterminer le temps T1 de relaxation du spin, démontrer la possibilité de manipulation par effet Stark optique ainsi que le piégeage cohérent de population. Cette dernière expérience permettrait en outre d'obtenir une première estimation du temps de décohérence pour qualifier ce système en vue de futures expériences de contrôle cohérent. Par ailleurs, nous comptons poursuivre l'investigation des propriétés matériau liées au manganèse dans une matrice III-V, en réalisant une structure permettant d'observer par photocourant l'état ionisé de l'accepteur. L'atome se comporte alors comme un spin 5/2, permettant d'une part, la mesure directe de l'échange avec un électron ou un trou dans une boîte quantique, et d'autre part l'étude de l'anisotropie de magnéto-résistance tunnel. *Financement* : RTRA Triangle de la Physique, N°: 2011-081T-COMAQ


• Un spin unique en microcavité: initialisation et mesure non-destructive

C. Arnold-(2011-01-15 / 2012-07-14)
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.


• Microphotoluminescence en champ magnétique pour l'étude de boîtes quantiques magnétiques

A. Kudelski-(2005-11-10 / 2007-11-09)
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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• Etude de boîtes quantiques InAs/GaAs avec inclusion de Manganèse en champ magnétique

A. Kudelski-(2005-01-10 / 2005-11-09)
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Thèse

• Excitation résonante et non-linéarité à faible nombre de photons d’une boîte quantique en microcavité

V. Loo-(2009-10-01 / 2012-09-30)
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.


• Pompage optique du spin d’un atome de Manganèse dans une boîte quantique InAs

E. Benjamin-(2008-10-01 / 2011-09-30)
Contact : O. Krebs , A. Lemaitre
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
            Elaboration et Physique des Structures Epitaxiées (ELPHYSE)
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L’objectif du projet consiste à étudier la possibilité de polariser un spin unique (S=5/2) d’un atome magnétique de Manganèse (Mn) inséré dans une boîte quantique de semiconducteur InAs dans GaAs par la méthode de pompage optique. Un tel système a été caractérisé optiquement pour la première fois dans notre équipe en Février 2007 (http://arxiv.org/abs/0710.5389, Phys. Rev. Lett. 99,247209 (2007)). L’idée du pompage optique repose sur l’orientation du moment angulaire des paires électron-trou photocréées par une excitation polarisée circulairement, puis de son transfert au spin d’un atome Mn par le biais de l’interaction d’échange sp-d entre les porteurs et les électrons 3d5 du Manganèse.


• Mesure non destructive du spin d’un électron unique dans une boîte quantique semiconductrice

Contact : L. Lanco , O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Résumé : La réalisation de bits quantiques à l’état solide constitue un défi technologique et expérimental majeur pour l’information quantique. Pour développer ces briques élémentaires du calcul quantique, les boîtes quantiques semiconductrices sont des candidates extrêmement prometteuses : par exemple, le spin d’un électron piégé dans une telle boîte peut conserver la cohérence de son état pendant plusieurs microsecondes. Notre équipe maîtrise les compétences technologiques et expérimentales pour réaliser et étudier divers nano-objets quantiques (boîtes quantiques chargées positivement ou négativement, contenant éventuellement un atome magnétique, possibilité d’insertion dans une microcavité optique, etc…). Dans le cadre de cette thèse, notre objectif sera de mettre en place de nouvelles expériences pour la manipulation et la lecture du spin dans ces objets. Un premier développement consistera à travailler en excitation résonante, c’est à dire exciter sélectivement une transition optique entre deux niveaux d’énergie de la boîte quantique. Outre la possibilité de sonder avec une précision beaucoup plus fine les propriétés de nos nano-objets, ceci nous fournira un moyen de préparer l’état de spin de façon déterministe. Un second développement, tout aussi fondamental pour la manipulation du bit quantique, consistera à mettre en place une expérience de lecture non-destructive du spin : sous l’influence du spin d’un électron unique, une rotation de polarisation est induite sur un faisceau lumineux. Ces deux techniques constitueront les outils de base pour l’étude de la dynamique d’un spin unique et pour l’implémentation d’expériences d’optique quantique à l’état solide. Techniques utilisées : Un spectre de compétences particulièrement large pourra être acquis à l’occasion de cette thèse. Diverses expériences d’optique (résolues en longueur d’onde, en temps et en polarisation) auront l’occasion d’être réalisées. Plusieurs types de nano-objets seront caractérisés par les diverses techniques disponibles au laboratoire (micro-photoluminescence, microscopie électronique…). La plupart des expériences seront réalisées sous vide et à basse température (2K), certaines également sous fort champ magnétique. Certains échantillons nécessiteront également une préparation technologique simple en salle blanche (lithographie, métallisation, gravure chimique…).


• Effet d'un champ électrique latéral sur le splitting d'échange anisotrope des boîtes quantiques

K. Kowalik-(2004-10-01 / 2007-09-30)
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Les boîtes quantiques présentent en général une légère anisotropie qui se traduit par une structure fine des excitons: l'interaction d'échange électron-trou comporte un terme anisotrope qui lève la dénérescence de spin des états radiatifs, et donne lieu à un doublet de raies polarisées linéairement. Cette propriété est un grave obstacle à l'obtention de paires de photons intriqués lors de la cascade radiative biexciton-exciton, parce que les chemins empruntant l'un ou l'autre des états excitoniques deviennent distinguables. Notre projet consiste à contrôler la symétrie effective de la boîte à l'aide d'un champ électrique latéral. Les premiers résultats (APL 2005) montrent qu'il est effectivement possible de diminuer très sensiblement le splitting d'échange anisotrope. L'enjeu est maintenant, via des mesures à très haute résolution spectrale, de vérifier s'il est vraiment possible de l'annuler et d'obtenir une cascade radiative dégénérée en polarisation.


• Orientation optique des excitons multichargés dans les boîtes quantiques et influence de l'interaction hyperfine

B. Eble-(2003-10-01 / 2006-09-30)
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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• Etude des boîtes quantiques pour la génération de q-bit à l'état solide

E. Peter-(2003-10-01 / 2006-10-01)
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Thèse de l'Université de Paris XI


• Orientation optique et relaxation du spin du trion dans les boîtes quantiques d'InAs/GaAs

S. Laurent-(2001-10-01 / 2004-09-30)
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Thèse en ligne : http://tel.ccsd.cnrs.fr/documents/archives0/00/00/70/28/


• Brisure de symétrie dans les hétérostructures de semiconducteurs III-V: de l'anisotropie optique des puits à l'orientation de spin dans les boîtes quantiques

S. Cortez-(1998-09-01 / 2001-11-19)
Contact : P. Voisin
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Thèse de doctorat de l'Université de Par

Stage

• Propriétés et contrôle optique d’une impureté magnétique unique dans une boîte quantique de semiconducteurs III-V

Niveau : Master2
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Les boîtes quantiques de semiconducteur InAs dans GaAs dopées par un atome unique de Manganèse (Mn) présentent un double intérêt pour des études de physique quantique dans la matière condensée: d’une part, une boîte quantique constitue une sorte de nano-laboratoire pour sonder l’interaction d’échange sp-d entre les électrons 3d5 de Mn (formant un spin 5/2) et des porteurs individuels (électron ou trou), d’autre part l’impureté magnétique ‘Mn + trou’ qui est formée à basse température fournit un système quantique à deux-niveaux tout à fait original, pouvant notamment servir de bit d’information quantique. Grâce aux propriétés optiques des boîtes quantiques (comparables à celles des atomes) ces deux aspects peuvent être explorés en utilisant des techniques de spectroscopie optique. Jusqu’à présent la photoluminescence a été principalement employée pour caractériser les niveaux d’énergie dans une boîte quantique [1,2] et récemment pour démontrer le pompage optique de l’impureté magnétique [3]. Pour aller plus loin, en particulier vers le contrôle cohérent d’un spin unique, notre ambition est de réaliser un montage de spectroscopie résonante des transitions optiques reposant sur la transmission différentielle d’un laser ultrafin et accordable. C’est une technique expérimentale récemment implémentée pour les boîtes quantiques qui a déjà fait ses preuves pour contrôler et lire un spin unique électronique. Avec cet outil nous comptons déterminer le temps de vie T 1 du spin magnétique, ainsi que sa cohérence par une expérience de piégeage cohérent de population. En parallèle nous comptons poursuivre l’étude de l’échange sp-d à l’échelle atomique, afin de vérifier des prédictions théoriques faites pour le composé GaMnAs dans le régime de très faible dopage. *Références* : [1] PRL 99,247209 (2007) , [2] PRB 80, 165315 (2009), [3] PRL 107, 197402 (2011)


• Contrôle optique de la charge d'une boîte quantique unique.

Niveau : Master2
Contact : P. Senellart
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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L’émergence du traitement quantique de l’information suscite un grand nombre de recherches dans le domaine des boîtes quantiques semi-conductrices. Très récemment, de nombreux travaux se sont ainsi attachés à démontrer le contrôle de la charge d’une boîte quantique unique et le contrôle du spin porté par cette charge. La solution couramment utilisée est d’insérer le plan de boîtes quantiques dans une jonction de type p-i-n ou Schottky-n puis d’appliquer un champ électrique sur la structure. Cependant, les phénomènes physiques alors observés sont dominés par le court temps de transit des électrons dans la boîte quantique. Il est alors difficile d’envisager des effets de mémoire sur le spin de l’électron. Nous proposons ici de réaliser un contrôle de la charge dans une boîte quantique unique par une méthode toute optique. Un dessin astucieux de la structure de bande permet, lors d’une excitation lumineuse, de séparer les électrons et les trous de façon à créer, soit un gaz d’électrons, soit un gaz de trous dans le plan des boîtes quantiques. Dans un tel système, la densité des porteurs créés est très faible et le champ électrique qui s’établit est négligeable. Nous espérons ainsi pouvoir contrôler l’état de charge d’une boîte quantique unique tout en maintenant un temps de vie long des excitations élémentaires au sein de la boîte quantique. Nous avons déjà réalisé des premières mesures qui ont démontré le contrôle du nombre de trous injectés dans une boîte quantique unique. Nous dessinons maintenant des structures qui devraient nous permettre d’injecter des électrons de manière contrôlée. Le stage consistera à effectuer les mesures optiques sur les nouvelles structures ainsi qu’à tester par des mesures résolues en polarisation l’adressage du spin porté par la charge élémentaire de la boîte quantique. Le stagiaire participera également au calcul des structures de bandes optimales ainsi qu’aux réalisations technologiques de base nécessaires à la réalisation des mesures.


• Manipulation du spin d’un électron unique dans une boîte quantique de semiconducteur

Niveau : Master2
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Les boîtes quantiques auto-assemblées d’InAs/GaAs sont souvent assimilées à des atomes artificiels au sein d’une matrice de semiconducteur GaAs en raison de la discrétisation de leurs niveaux électroniques. En outre, la remarquable qualité cristalline de ces objets leur confère de très bonnes propriétés optiques grâce auxquelles on peut les étudier individuellement. L’objectif de ce stage sera de manipuler, c’est à dire écrire, « faire tourner » et lire, le spin d’un électron unique piégé dans une boîte quantique. Etre capable de réaliser ces opérations élémentaires durant le temps de cohérence du spin est le challenge que tentent de relever nombre de physiciens de la matière condensée dans la perspective encore assez lointaine d’utiliser le spin comme « bit quantique » d’information. Un tel système sera obtenu en contrôlant par une tension de grille le potentiel chimique de la boîte quantique par rapport à celui d’un réservoir d’électrons. L’application d’un champ magnétique et le pompage optique orienté seront associés pour contrôler et étudier la dynamique de spin de l’électron, afin de déterminer l’influence de l’environnement (spins nucléaires, couplage spin-orbite, phonons, charges locales, ...) sur les temps de relaxation T1 et de décohérence T2 du spin. En particulier on tentera de mettre en évidence l’augmentation du temps de cohérence du spin engendrée par la polarisation (ou refroidissement) des spins nucléaires de la boîte quantique obtenue par pompage optique. Les moyens d’investigations qui seront utilisés reposeront en grande partie sur la spectroscopie de photo-luminescence à basse température (2K). Pour les études en champ magnétique, une bobine supraconductrice de 10 Teslas est en train d’être équipée d’un microscope piloté par des moteurs piézo-électriques et devrait être opérationnelle en début d’année 2006. Au besoin, le stagiaire pourra aussi participer à la préparation d’échantillons en salle blanche par lithographie optique et gravure chimique.


• Vers l'étude de la cohérence de spin des électrons dans les boîtes quantiques InAs/GaAs individuelles

B. Eble-(2003-04-01 / 2003-06-30)
Niveau : Master2
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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DEA de Sciences des matériaux


• Détermination du dopage effectif de boîtes quantiques InAs

R. Bonilla-(2003-01-20 / 2003-03-15)
Niveau : Master2
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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DEA de Physique des solides


• Spectroscopie de photo-courant dans les puits quantiques InGaAsN/GaAs

S. Ben Bouzid-(2002-10-15 / 2002-11-15)
Niveau : Master2
Contact : P. Voisin
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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• Etude expérimentale de la photoluminescence d'hétérostructures et de boîtes quantiques; structure électronique et largeur de raie.

S. Laurent-(2001-04-01 / 2001-06-30)
Niveau : Master2
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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DEA de Sciences des matériaux


• Etude expérimentale de la transmission optique de boîtes émettant à 1.55 mm

C. Guyon-(2001-01-01 / 2001-03-01)
Niveau : Master2
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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DEA de Physique des solides


• Etude expérimentale de la photoluminescence d'hétérostrustures

V. Bregier-(2000-07-01 / 2000-07-31)
Niveau : Licence
Contact : O. Krebs
Groupe : Groupe d'Optique des Structures Semi-conductrices (GOSS)
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Licence ENS-Lyon