Le régime de couplage fort lumière-matière apparaît lors de l’interaction résonante entre une excitation électronique et un mode de cavité optique. Si les largeurs de la transition et de la résonance de la cavité sont suffisamment faibles par rapport à l’énergie de l’interaction hOmegaR, alors les états quantiques propres du système sont des états mixes lumière-matière appelés « polaritons ». Lors de ce séminaire, je vais décrire nos recherches sur une nouvelle classe des états mixes, les polaritons intersousbandes, qui impliquent une transition électronique entre les niveaux dans la bande de conduction d’un puits quantique fortement dopé. Ces états n’ont été démontré qu’en 2003 dans le domaine du Moyen Infrarouge [1] (lambda~10µm), et plus récemment dans le Lointain Infrarouge (domaine THz, lambda~100µm) [2-4]. La particularité des polaritons intersousbandes et que la fréquence de couplage OmegaR (fréquence de Rabi) devient comparable avec la fréquence de la transition omega12. Dans ce régime d’interaction lumière-matière « ultra-forte » des nombreux effets physiques nouveaux, tels les oscillations paramétriques du vide, sont prédits [5].
Dans cet exposé, je vais montrer comment le couplage ultra-fort est obtenu dans nos systèmes par une combinaison entre un confinement photonique très sub-longueur d’onde et des très fortes densités électroniques. Je vais détailler le lien entre ce régime et les excitations collectives du gaz d’électrons, et je parlerais de perspectives que le régime de couplage ultra-fort ouvre pour les dispositifs optoélectroniques opérant dans le moyen et lointain infrarouge.
[1] D. Dini, R. Kohler, A. Tredicucci, G. Biasiol and L. Sorba, Phys. Rev. Lett. 90, 116401 (2003)
[2] Y. Todorov et al., Phys. Rev. Lett. 102, 186402 (2009)
[3] Y. Todorov et al., Phys. Rev. Lett. 105, 196402 (2010)
[4] A. Delteil et al. Phys. Rev. Lett. 109, 246808 (2012)
[5] C. Ciuti, G. Bastard, I. Carusotto, Phys. Rev. B 72, 115303 (2005)