Etude sous champ magnétique de nouvelles structures quantiques pour la photonique infrarouge et térahertz
Simon Maëro (LPA)

Résumé

Ce travail de thèse est constitué de l’étude sous champ magnétique de trois systèmes quantiques d’un grand intérêt pour leurs propriétés électroniques et leurs applications potentielles à la photonique infrarouge et terahertz : deux structures à cascade quantique, l’une détectrice et l’autre émettrice, et le graphène épitaxié sur SiC face carbone. Le détecteur à cascade quantique en GaAs/AlGaAs, fonctionnant vers 15µm, a été étudié dans l’obscurité et sous illumination, pour identifier les chemins électroniques intervenant dans le courant noir et en fonctionnement. Le développement d’un modèle de photocourant a permis d’identifier les paramètres-clé régissant le fonctionnement du détecteur. L’étude, en fonction de la polarisation et de la température, d’un laser à cascade quantique térahertz en InGaAs/GaAsSb doté d’une structure nominalement symétrique montre l’impact de la rugosité d’interface sur les performances du laser. Nous montrons que le système d’hétérostructure de type II InGaAs/GaAsSb est prometteur pour le développement de lasers à cascade quantique térahertz fonctionnant à haute température. Enfin, l’étude magnéto-spectroscopique du graphène épitaxié a montré, outre les transitions entre niveaux de Landau du graphène monocouche idéal, une signature supplémentaire que nous avons attribuée au désordre, et plus particulièrement à l’existence de lacunes de carbone. Une modélisation des défauts sous la forme d’un potentiel delta reproduit remarquablement nos résultats expérimentaux, ce qui constitue la première mise en évidence expérimentale des effets des défauts localisés sur les propriétés électroniques du graphène. La structure des niveaux de Landau perturbée par le désordre est clairement établie.