Note publique d'information : Les boîtes quantiques semiconductrices de type InAs/GaAs ont des proprié- tés électroniques
et optiques qui les rapprochent de l'atome unique. C'est dans ce contexte que se situe
ce travail de thèse, qui s'intéresse à différents aspects de l'interaction lumière-matière
dans ce type de système. Nous avons d'abord étudié le système couplé constitué du
spin de l'électron et des spins nucléaires dans une boîte quantique unique, sous excitation
non résonante. Pour ces expériences, nous avons utilisé des techniques de photoluminescence
stationnaire résolues en polarisation : nous présentons des mesures complètes d'excitation
de la photoluminescence, dans différentes conditions expérimentales. L'état de charge
des boîtes quantiques fluctuant dans le temps d'une part et le couplage entre les
spins nucléaires et le spin de l'électron via l'interaction hyperfine d'autre part
sont à la base d'un effet original : il est possible de modifier optiquement les états
propres de l'exciton neutre en l'absence de champ magnétique externe. Nos résultats
expérimentaux sont confirmés par une spectroscopie de plus haute résolution, qui utilise
un interféromètre de Fabry-Pérot placé en amont de la chaîne de détection. Nous présentons
ensuite des expériences réalisées en régime cohérent, c'est-à-dire dans un temps plus
court que le temps de déphasage du système, dans des échantillons à charge ajustable.
Nous avons excité la boîte quantique à résonance (sur son état fondamental) avec des
impulsions courtes (durée env. 1ps) limitées par la transformée de Fourier). En s'appuyant
sur un schéma de détection original, nous détectons le signal de luminescence sur
un état spectateur situé à quelques meV de la transition excitée. Ceci nous a permis
de mettre en évidence les oscillations de Rabi de l'exciton dans une boîte quantique
unique. Ensuite, en utilisant des impulsions à dérive de fréquence, nous montrons
qu'il est possible de générer une population d'exciton de façon à la fois fidèle et
robuste, en réalisant un passage adiabatique rapide. Ce résultat expérimental est
une première étape en vue de l'implémentation puis de la manipulation d'un Q-bit dans
une boîte quantique unique
Note publique d'information : Semiconductor quantum dots InAs/GaAs exhibit optical and electronic properties for
which they are often compared to an individual atom. This thesis work focuses on different
aspect of light-matter interaction in a single semiconductor quantum dot. The coupled
system constituted by the electron spin and the nuclei spins have been studied in
a single quantum dot. Photoluminescence experiments resolved in polarization have
been carried out, with non resonant optical pumping : comprehensive studies in photoluminescence
excitation under various experimental conditions (excitation power and polarization)
have been performed. They point out the quantum dots fluctuating charge state and
the strong coupling between the electron spin and the nuclear spins via hyperfine
interaction. This enables the optical neutral exciton eigenstates orientation without
any external magnetic field. We have confirmed these experimental results using a
Fabry-Perot interferometer in order to increase the spectral resolution of our microphotoluminescence
set up. In a second step, we present experiments performed in the coherent regime,
in a time scale shorter than the system dephasing time, in a sample where the quantum
dots are embedded in a Schottky-diode structure. The quantum dot is excited resonantly
with short pulses (Fourier transform limited) and, using an original detection scheme,
we detect the luminescence signal on a spectator state. We demonstrate the Rabi oscillations
of the exciton state in a single quantum dot. Finally, using frequency swept chirped
pulses, we show that it is possible to prepare robustly and with a strong fidelity
an exciton state in a single quantum dot. This is a first step toward the Q-bit implementation
and manipulation in a single quantum dot
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