Électrodynamique Quantique en Cavité avec des Nanotubes de Carbone
Adrien Jeantet (LPA)

Les nanotubes de carbone sont largement étudiés pour leurs propriétés
mécaniques et électroniques étonnantes. Optiquement, ils sont d’excellents
candidats pour les sources à un seul photon à la demande car ils peuvent
être excités électriquement et peuvent émettre une lumière dégroupée à
température ambiante dans les bandes de télécommunications. Cependant,
leur efficacité d’émission est faible, les origines de l’émission restent
peu claires et la forme spectrale de leur photoluminescence est complexe.
Dans ce travail, nous construisons une configuration originale combinant
un microscope confocal et une micro-cavité à base de fibres optiques qui
est à la fois spatialement et spectralement accordable. Avec ce
dispositif, nous observons l’apparition des effets de l’électrodynamique
quantique en cavité en analysant l’évolution du couplage dipôle-cavité en
fonction du volume de la cavité. Nous obtenons une forte accélération du
taux d’émission spontanée, grâce à des facteurs Purcell supérieurs à 100.
L’efficacité effective de la source atteint jusqu’à 50%, conduisant à une
brillance du dispositif de 10%, tout en conservant d’excellentes
caractéristiques de dégroupement.
Nous observons l’effet du couplage de la cavité en fonction du désaccord
de la cavité et développons un modèle pour tenir compte des émetteurs
soumis au couplage exciton-phonon en présence d’une cavité. Nous montrons
que notre source de photons uniques est accordable sur une gamme de
fréquences plus de cent fois supérieure à la largeur spectrale de la
cavité, ouvrant ainsi la voie à un multiplexage étendu.
Un renforcement supplémentaire du couplage peut ouvrir la voie à la très
riche physique des polaritons de cavité unidimensionnels. Inversement, les
polaritons de cavité pourraient être un outil pour mieux comprendre la
diffusion et les propriétés de localisation des excitons dans les
nanotubes de carbone. Enfin, la configuration initiale ici est extrêmement
polyvalente et pourrait être utilisée pour coupler d’autres types
d’émetteurs, comme les nano-diamants ou les molécules.