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Dynamique de spin des polaritons
par - 11 juillet 2007
Les microcavités semi-conductrices en couplage fort permettent également de mettre en évidence des propriétés très intéressantes sur le spin des polaritons. En régime linéaire, la dynamique de spin des polaritons présente de fortes analogies avec l’Effet Hall de spin et permet d’implémenter un mécanisme de transport de spin très efficace. En effet, les polaritons générés par un laser diffusent élastiquement à cause du désordre présent dans le réseau. Lors de cette diffusion, il se produit une séparation entre polaritons de spin différents, qui se dirigent dans des directions différentes. Cette séparation est causée par un champ magnétique effectif provenant d’un écart entre les énergies des états de polarisation différente. Cet effet, appelé effet Hall optique de spin, prédit récemment par des théoriciens en France et au Royaume-Uni est donc très prometteur pour des applications dans le domaine de la spintronique. La microcavité se comporte en effet comme un générateur de courants de spins contrôlés optiquement : en changeant le plan de la polarisation du faisceau d’excitation nous pouvons changer le sens des courants de spins. Nous avons observé la séparation entre différents états de spin dans l’espace réciproque (espace des quantités de mouvement des polaritons) et dans l’espace réel, sur des distances de l’ordre de la centaine de microns, bien plus grandes que celles observées dans les gaz d’électrons [7,8]. En régime non linéaire, nous avons étudié la diffusion paramétrique de deux ensembles de polaritons excités par deux faisceaux laser incident sur la microcavité avec des angles opposés. Grâce à l’interférence entre les deux populations cohérentes de polaritons, nous observons un processus de mélange à quatre ondes très efficace lorsque le pompes ont la même polarisation linéaire ; en revanche la diffusion parametrique est complètement supprimée lorsque les pompes ont des polarisations linéaires croisée. Notre dispositif fonctionne donc comme une porte logique XNOR tout-optique, c’est-à-dire une porte logique binaire dont la sortie est « vraie » si les deux entrées sont identiques et « fausse » si elles sont différentes. Les autres schémas existant pour réaliser des portes logiques XNOR tout-optique sont en général basés sur des non-linéarités du matériau utilisé et nécessitent l’assemblage de plusieurs éléments. Dans notre cas, la possibilité de réaliser la porte logique à l’aide d’un seul élément, la microcavité, ainsi que l’exploitation des non-linéarités géantes de l’interaction polariton-polariton devraient permettre la construction de dispositifs optiques à l’échelle micrométrique et avec des seuils des fonctionnement très bas qui pourraient ouvrir la voie à la réalisation de circuits logiques tout optiques utilisés dans les protocoles de cryptographie classique [9].
[7] C. Leyder, M. Romanelli, J. Ph. Karr, E. Giacobino, T. C. H. Liew, M. M. Glazov, A.V. Kavokin, G. Malpuech, A. Bramati, Nature Physics, 3,628 (2007) Title : Observation of the optical spin Hall effect
[8] T.Liew, C. Leyder, A.V. Kavokin, A.Amo, J.Lefrère, E.Giacobino, A. Bramati, Title : Interplay between weak localization of exciton-polaritons and the optical spin Hall effect à paraître dans Phys. Rev. B
[9] C. Leyder, T. C. H. Liew, A. V. Kavokin, I. A. Shelyk, M. Romanelli, J.-Ph. Karr, E.Giacobino and A. Bramati, Phys. Rev. Lett. 99, 196402 (2007) Title : Interference of coherent polariton beams in microcavities : Polarization-controlled optical gates
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