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[Actualité scientifique] - Un record de vitesse pour les condensats de polaritons

[Actualité scientifique] - Un record de vitesse pour les condensats de polaritons

par Stéphanie Rigault - publié le

Particules mi-lumière mi-matière, les polaritons peuvent former des condensats. Ces ensembles quasi immobiles ont pour la première fois été mis en mouvement à des vitesses très élevées, jusqu’à atteindre 20 % de la vitesse de la lumière dans des guides d’onde en oxyde de zinc.

Les polaritons sont des particules qui résultent d’une interaction forte entre la lumière et la matière – ici des électrons et trous excités (excitons) dans des semi-conducteurs tel que l’arséniure de gallium (GaAs) ou l’oxyde de zinc (ZnO). Un ensemble de polaritons peut former un condensat, c’est-à-dire occuper un même état quantique et avoir un comportement d’ensemble cohérent (condensat de Bose-Einstein). La lumière qu’ils émettent est également cohérente, c’est pourquoi ils sont appelés aussi lasers à polaritons. Mi-lumière mi-matière, les polaritons sont intéressants notamment parce qu’ils interagissent avec leur environnement plus efficacement que la lumière seule, ce qui facilite par exemple l’obtention des effets non-linéaires utilisés dans les dispositifs optiques.
Les condensats de polaritons sont généralement immobiles : ils sont conçus dans des microcavités semi-conductrices verticales dont l’état de plus basse énergie est caractérisé par une vitesse nulle. Les tentatives pour mettre ces condensats en mouvement ont jusque-là mené à des faibles vitesses ou ont été accomplies au prix des propriétés des polaritons, qui voient alors leur capacité d’interagir avec l’environnement chuter. Grâce à la fabrication d’un guide d’onde en ZnO, les chercheurs de l’Institut Pascal (CNRS/Université Clermont Auvergne/SIGMA Clermont), du Centre de recherche sur l’hétéroépitaxie et ses applications (CRHEA, CNRS) et du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) ont pour la première fois réussi à condenser des polaritons dans un état caractérisé par une très grande vitesse (de groupe), environ 20 % celle de la lumière dans le matériau.

© J. Zuniga-Perez, CRHEA (CNRS)

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