Long range correlations in a 97% excitonic one-dimensional polariton condensate

We report on the realization of an out-of-equilibrium polariton condensate under pulsed excitation in a one-dimensional geometry. We observe macroscopic occupation of a polaritonic mode with only 3% photonic fraction, and a nature strikingly close to that of a bare exciton condensate. With the help of this tiny photonic fraction, the condensate is found to display first-order coherence over distances as large as 10 microns. Based on a driven-dissipative mean field model, we find that the correlations length is limited by the effects of a shallow disorder under non-equilibrium conditions.Comment: 5 pages, 3 figure

Exciton-polaritons gas as a nonequilibrium coolant

Using angle-resolved Raman spectroscopy, we show that a resonantly excited ground-state exciton-polariton fluid behaves like a nonequilibrium coolant for its host solid-state semiconductor microcavity. With this optical technique, we obtain a detailed measurement of the thermal fluxes generated by the pumped polaritons. We thus find a maximum cooling power for a cryostat temperature of $50$K and below where optical cooling is usually suppressed, and we identify the participation of an ultrafast cooling mechanism. We also show that the nonequilibrium character of polaritons constitutes an unexpected resource: each scattering event can remove more heat from the solid than would be normally allowed using a thermal fluid with normal internal equilibration.Comment: 5 pages, 3 figures + supplemental materia

Low-dimensional polariton Fluids : spatial correlation properties and thermodynamics

Ce travail de thèse est consacrée à l'étude des interractions de gaz de Bose de polaritons avec leurs environnements dans le but de déterminer l'impact de la densité, de la dimmensinalité du confinement, du potentiel ressentis par le gaz et du bain de phonons sur les propriétés du gaz de Bose.Le premier chapitre présente un condensat de polaritons unidimensionel au sein de microfils d'oxyde de zinc qui présente d'une nature quasi excitonique.En déterminant les propriétés de corrélation spatiale du gaz et en utilisant un modèle champ moyen nous déterminons l'influence combinée de la nature quasi-excitonique, du potentiel confinant et de la densité sur les propriétés de cohérence du gaz. La fin du chapitre décrit une application de ces polaritons très excitoniques à une nouvelle technique d'imagerie de Sub-longueur d'onde basée sur le concept lentilles solides à immersion.Dans la deuxième partie, nous abordons les interactions du champ de polaritons avec une caractéristique intrinsèque de l'environnement à l'état solide : les excitations thermiques du réseau appelées phonons.Dans cette partie, nous utilisons la spectroscopie Raman résolue en angle pour étudier la Fluorescence Anti-Stokes qui consiste en l'absorption d'un phonon par un état excité pour refroidir la microcavité étudiée.L'étude réalisée a exploité la fluorescence anti Stokes de polaritons en exploitant respectivement leur très courte durée de vie et leur très faible masse pour accéder à une dynamique de refroidissement extrêmement rapide rapide et une gamme d'énergie allant de 150K à 4K.This work is devoted to the study of the interaction of a Bose gas of polariton with its environment it aims to determine the impact of the gas density, the dimensionality of the confinement, the experienced potential and the surrounding phonon bath on the polariton Bose gas characteristics.In the first chapter, we study a one dimensional polariton condensate in Zinc Oxide microwires that features a quasi excitonic nature.By determining the spatial correlation properties of the gas, and using a mean field driven dissipative model developed by our colleagues of the Laboratoire de Physique et de Mod'elisation des Milieux Condens'es we were able to determine the influence of the combined quasi excitonic nature, disordered one dimensional confining potential and density on the coherence properties of the gas. The end of the chapter describes an application of those highly excitonic polaritons to a novel subwavelength imaging technic based on the Solid Immersion Lens concept.In the second part we address the interactions of the polariton field with an intrinsic characteristic of the solid state environment : the thermal excitations of the lattice called phonons.In this part, we use angle resolved Raman spectroscopy to study Anti-Stokes Fluorescence (ASF) which consists in the the absorption of a phonon by an excited states to cool down the studied microcavity. The state of the art technics are using ion doped materials or bare excitons in semiconductors as emitters.The study performed exploited the polaritons as emitters, using respectively their very short lifetime and their very light mass to access a faster cooling dynamics and an energy range going from 150K to 4K

Fluides polaritoniques de basse dimensionnalité : propriétés de corrélations spatiale et thermodynamique

This work is devoted to the study of the interaction of a Bose gas of polariton with its environment it aims to determine the impact of the gas density, the dimensionality of the confinement, the experienced potential and the surrounding phonon bath on the polariton Bose gas characteristics.In the first chapter, we study a one dimensional polariton condensate in Zinc Oxide microwires that features a quasi excitonic nature.By determining the spatial correlation properties of the gas, and using a mean field driven dissipative model developed by our colleagues of the Laboratoire de Physique et de Mod'elisation des Milieux Condens'es we were able to determine the influence of the combined quasi excitonic nature, disordered one dimensional confining potential and density on the coherence properties of the gas. The end of the chapter describes an application of those highly excitonic polaritons to a novel subwavelength imaging technic based on the Solid Immersion Lens concept.In the second part we address the interactions of the polariton field with an intrinsic characteristic of the solid state environment : the thermal excitations of the lattice called phonons.In this part, we use angle resolved Raman spectroscopy to study Anti-Stokes Fluorescence (ASF) which consists in the the absorption of a phonon by an excited states to cool down the studied microcavity. The state of the art technics are using ion doped materials or bare excitons in semiconductors as emitters.The study performed exploited the polaritons as emitters, using respectively their very short lifetime and their very light mass to access a faster cooling dynamics and an energy range going from 150K to 4K.Ce travail de thèse est consacrée à l'étude des interractions de gaz de Bose de polaritons avec leurs environnements dans le but de déterminer l'impact de la densité, de la dimmensinalité du confinement, du potentiel ressentis par le gaz et du bain de phonons sur les propriétés du gaz de Bose.Le premier chapitre présente un condensat de polaritons unidimensionel au sein de microfils d'oxyde de zinc qui présente d'une nature quasi excitonique.En déterminant les propriétés de corrélation spatiale du gaz et en utilisant un modèle champ moyen nous déterminons l'influence combinée de la nature quasi-excitonique, du potentiel confinant et de la densité sur les propriétés de cohérence du gaz. La fin du chapitre décrit une application de ces polaritons très excitoniques à une nouvelle technique d'imagerie de Sub-longueur d'onde basée sur le concept lentilles solides à immersion.Dans la deuxième partie, nous abordons les interactions du champ de polaritons avec une caractéristique intrinsèque de l'environnement à l'état solide : les excitations thermiques du réseau appelées phonons.Dans cette partie, nous utilisons la spectroscopie Raman résolue en angle pour étudier la Fluorescence Anti-Stokes qui consiste en l'absorption d'un phonon par un état excité pour refroidir la microcavité étudiée.L'étude réalisée a exploité la fluorescence anti Stokes de polaritons en exploitant respectivement leur très courte durée de vie et leur très faible masse pour accéder à une dynamique de refroidissement extrêmement rapide rapide et une gamme d'énergie allant de 150K à 4K

Fabrication of ZnSe-based microcavities for lasing in the strong coupling regime and polariton confinement

International audienceWe report on the realization of monolithic, i.e. fully epitaxial ZnSe-based microcavities with a 1λ-cavity and a 3λ-cavity for the investigation of strong coupling phenomena. A crucial building block is the fabrication of a lattice matched distributed Bragg reflector for the blue spectral region, consisting of quaternary ZnMgSSe layers as the high-index material and a MgS/ZnCdSe superlattice as the low-index material. Strong coupling at low temperatures was achieved with a vacuum Rabi splitting of 19 meV for the 1λ-cavity (at 70K) and of 40 meV for the 3λ-cavity (at 7 K).Microstructures such as micropillars, waveguides, ringresonators, and molecule chains were fabricated using focused ion-beam etching. Discrete optical modes in micropillars were observed for both cavity lengths confirming three-dimensional optical confinement. Q-factors up to 6500 indicate a high optical quality