Ce travail de thèse porte sur l'étude des propriétés optiques de matériaux proche de surface métallique. Nous avons mis en évidence un régime de couplage fort entre les plasmons de surface, se propageant à l'interface métal diélectrique, et les excitons de<br />semiconducteur organiques. Ceux-ci sont formé de colorants J-agrégés. Le couplage fort se traduit par l'apparition d'états mixtes plasmons-excitons : les polaritons. Des mesures de réflectométrie, réalisées sur des échantillons présentant une couche de J-agrégats déposée sur un film d'argent, nous permettre de mettre en évidence un anticroisement dans le relations de dispersion du plasmon et de l'exciton, ce qui est caractéristique du couplage fort. L'émission des nouveaux états polaritoniques a été étudier dans deux géométries différentes : en utilisant des échantillons présentant une couche d'argent plane et avec des<br />films d'argent nanostructuré dans une géométrie de cross-coupling.

Dans ce manuscrit nous décrivons des études originales sur les propriétés photophysiques des nanotubes de carbone monoparois réalisées à l'échelle de la molécule unique. Nous nous sommes concentrés sur deux problématiques : l'effet du remplissage des nanotubes par de l'eau sur leurs propriétés de photoluminescence (PL) et la création de complexes multi-excitoniques en régime de forte excitation laser. Dans ce but nous avons utilisé une combinaison de microscopie, de spectroscopie et de mesures de déclin de PL. Nos résultats montrent pour des nanotubes de différents diamètres un décalage vers le rouge des énergies d'émission pour les nanotubes remplis d'eau. De plus, des déclins de PL biexponentiels sont obtenus pour des nanotubes individuels (6,4) vides et remplis d'eau. Les temps de déclin caractéristiques de ces deux espèces de nanotubes sont distincts, avec une réduction de la composante courte pour les nanotubes remplis. Ces résultats sont expliqués par une augmentation de la constante diélectrique dans les nanotubes remplis d'eau. Notre résultat le plus conséquent a été l'observation de la génération de trions dans des nanotubes non dopés en utilisant des moyen tout optiques. L'émission du trion apparaît dans les spectres de PL comme une bande latérale décalée vers le rouge. Basé sur nos observations expérimentales, nous proposons le modèle de génération du trion suivant lequel dans un régime multiexcitonique les interactions d'annihilation exciton-exciton créent des porteurs de charge qui sont piégés dans les fluctuations de potentiel électrostatique induites par les inhomogénéités de l'environnement. L'absorption subséquente d'un photon amène à la formation d'un trion localisé sur les charges piégées.

La mise au point d'une technique de spectroscopie avec une très haute résolution spatiale (environ 250 nm) nous a permis d'étudier les propriétés optiques de boîtes quantiques uniques de semiconducteurs II-VI. L'analyse de la dépendance en température des raies d'émission de boîtes uniques a permis de mettre en évidence et de modéliser le mécanisme d'élargissement des transitions optiques par le couplage de l'état discret de l'exciton avec le continuum des états de phonons acoustiques. L'influence de l'interaction d'échange électron-trou sur la structure d'un exciton confiné est analysée en détail. L'interaction d'échange longue portée, combinée à l'anisotropie du potentiel de confinement, conduit à un dédoublement du niveau radiatif de l'exciton qui émet alors en polarisation linéaire suivant deux directions orthogonales. L'accumulation des porteurs dans une boîte quantique conduit à la formation de complexes excitoniques. Une étude détaillée des transitions optiques associées au biexciton est présentée. On montre que la structure fine et les propriétés de polarisation du biexciton sont imposées par l'exciton dans l'état intermédiaire de la recombinaison. Dans des structures dopées par modulation, la recombinaison d'un exciton chargé négativement est identifiée dans les spectres de micro-luminescence. L'analyse détaillée de fluctuations de l'énergie d'émission de l'exciton, du biexciton et de l'exciton chargé, liées à la présence d'un champ électrique local fluctuant, nous a permis de mettre en évidence une forte diminution de l'énergie de liaison des complexes excitoniques avec l'augmentation du champ électrique. Enfin, une étude des états excités dans des boîtes uniques a été entreprise. Les expériences d'excitation de la luminescence permettent d'observer directement la présence d'états excités dans certaines boîtes. Sous forte puissance d'excitation, une émission à partir de ces états excités est observée; elle correspond à la recombinaison de multi-excitons.

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Optical electroabsorption modulators (EAMs) that utilize quantum wells (QWs) are known to exhibit high modulation sensitivity, which is required for the analog optical fiber link application, compared to other types of optical modulators. QW-EAMs utilize the change of absorption coefficients that depends on the change of electric field across the QW for the optical intensity modulation. This dissertation focuses on the theoretical analysis of the optical properties of asymmetric double QWs (ADQWs) and the systematic optimization of modulation sensitivity in low-voltage EAMs that incorporate ADQWs. In this structure, the accurate calculation of excitons is especially important because the excitonic as well as the band-to-band optical transitions dominate the optical properties at the operating wavelength. The complex linear optical susceptibility was calculated within the density matrix approach in the quasi-equilibrium regime for the low excitation power and through a thorough treatment of line broadening. Transition strengths were calculated in the wavevector space, which effectively includes valence subband mixing with the warping of the subbands, excitonic mixing effects, and possible optical selection rules (e.g., light polarization, spin of excitons). The calculated transmission properties of the waveguide EAMs were almost identical to the experimental data at the device operating bias range. The mixing of excitons in ADQWs was analyzed in detail in momentum space, which was demonstrated to be very important in the process of structural optimization of ADQWs. The optimization of the structural parameters revealed that at an adequate barrier position and well width, the barrier thickness affects the modulation efficiency the most. Subsequently, in InGaAsP-based waveguide type QW-EAMs that operate at 1550 nm, the optimization of only one variable the thickness of the coupling barrier of the ADQWs shows 380 % enhancement in the modulation sensitivity at a much lower bias field (70->35 kV/cm) compared with that of single-QW structures. This enhancement is found to be caused by the strong mixing of the two exciton states originating in different subband pairs.

OLIVEIRA, Claudio Lucas Nunes de. Excitons em Sistemas Quânticos 0-2D. 2005. 116 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:09:25Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T17:23:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_clnoliveira.pdf: 1729842 bytes, checksum: 61191dfaedb56331176b4cb1c951e7e7 (MD5) Previous issue date: 2005 / In the last few decades the physics of low dimensional semiconductor systems have attracted much attention due to the potential applications that arise from their due to electronic and optical properties. For example, InGaAs and InGaAsP heterostructures are currently used in optoelectronic applications that operate in the infrared spectrum. In such systems, the con_nement of charges can be realized in one, two or in three dimensions. The optical properties of quantum con_nement systems are basically determined by electronic transitions. Excitons, formed by an electron-hole pair bounded by coulombic interaction, are the responsible for the emission wavelenght. The aim of this work is to computer the ground state exciton energies in quantum wells, cylindrical quantum wires and pyramidal quantum dots as a function of the their size and shape. The results show that the exciton energies of In0:4Ga0:6As/GaAs quantum wells and wires are in the range from 0.9 to 1.3 eV. The results of In0:4Ga0:6As/GaAs pyramidal quantum dots show that the e-lh (e-hh) recombination energies are approximately 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV. / A física de sistemas semicondutores de baixa dimensionalidade tem evoluído bastante nas últimas décadas. Em parte, porque essas estruturas oferecem a oportunidade de testarmos vários modelos teóricos, mas também porque existe um grande potencial de aplicação tecnológica derivada das propriedades de tais estruturas e dos materiais que a formam. Como exemplo, temos as heteroestruturas semicondutoras formadas com os materiais InGaAs e InGaAsP que são de grande utilidade em dispositivos optoeletrônicos emitindo na região do infravermelho. Nesses sistemas podemos fazer um confinamento dos portadores de carga, como elétrons e buracos, em uma, duas ou em três direções, aos quais são chamados de poço (2D), fio (1D) e ponto quântico (0D), respectivamente. As propriedades óticas dos semicondutores são determinadas pelos autovalores e autovetores do movimento dos elétrons e buracos. Os excitons que é o par elétron-buraco interagindo entre si são os maiores responsáveis pela emissão (pico da fotoluminescência) em sistemas de confinamento em semicondutores. A interação colombiana e o tipo de confinamento imposto pela construção dessas estruturas junto com suas interfaces graduais afeta o movimento desses portadores. O nosso objetivo neste trabalho é calcular a energia de emissão dos excitons elétron-buraco leve e elétron-buraco pesado em poços, fios cilíndricos e em pontos quânticos piramidais em função de seus parâmetros de dimensionalidade. Os resultados obtidos mostram as energias do exciton no poço e no fio quântico In0.4Ga0.6As/GaAs na mesma ordem de grandeza, estando na faixa de 0.9 à 1.3 eV. Para o ponto piramidal, as energias de recombinação do par e-hh (e-lh) estão na faixa de 1.3-1.4 (1.18-1.28) eV.

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Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Celio.pdf: 1563058 bytes, checksum: 7421930f54c58e686824f9df9ce8740f (MD5) Previous issue date: 2011-09-26 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / The low quantum efficiency of photoluminescence observed in semiconducting carbon nanotube has been attributed to the existence of dark excitons. In this work, we performed photoluminescence spectroscopy studies on samples containing practically one type of nanotubes encapsulated by DNA molecules. It was observed the existence of emission peaks (sidebands) at about 137 meV below the E11 excitonic transition (exciton bright). In addition, we observed an excitonic peak at 264 meV, about twice the energy of the first dark exciton. It was observed that the addition of both positive and negative charges causes the quenching of luminescence. Measurements in samples containing various types of SWCNTs encapsulated by SDS were done. A striking feature was the quenching of luminescence with addition of positive charges at a rate of −9.7 Å/nL, while the addition of negative charges promoted the recovery of the luminescence at a much faster rate of +25.6 Å/nL. Besides the direct observation of dark excitons, we found that through selective doping it was possible to identify a large enhancement of the dark excitonic emission compared to the bright one. Our goal was to study the influence of the environmental on the photoluminescence of SWCNTs and thus find a way to highlight the dark exciton emission from the bright exciton basement signal. / A baixa eficiência quântica da fotoluminescência observada em nanotubos de carbono semicondutores tem sido atribuída à existência de éxcitons escuros. Neste trabalho, realizamos estudos de espectroscopia de Fotoluminescência em amostra contendo praticamente um tipo de nanotubos encapsulados por moléculas de DNA. Foi observada claramente a existência de picos de emissão (bandas laterais) em aproximadamente 137 meV abaixo da transição excitônica principal 𝐸11 (nível mais baixo). Além disso, observamos um pico excitônico em 264 meV, aproximadamente o dobro da energia do primeiro éxciton escuro. Foi observado que a adição tanto de cargas positivas quanto negativas causa a supressão da luminescência. Medidas em amostras contendo vários tipos de SWCNTs encapsulados com SDS (dodecil sulfato de sódio) foram realizadas. Uma característica evidente foi a supressão da luminescência com adição de cargas positivas à uma taxa de −9,7 Å/nL, enquanto que a adição de cargas negativas promoveu a recuperação da luminescência à uma taxa muito mais rápida, de +25,6 Å/nL. Além da observação direta dos éxcitons escuros, observamos que através da dopagem seletiva é possível evidenciar a intensidade dos picos de fotoluminescência dos éxcitons escuros em relação aos éxcitons claros. Nosso objetivo foi estudar as influências do meio sobre as emissões de fotoluminescência em SWCNTs e, portanto, encontrar uma maneira de ressaltar as emissões dos éxcitons escuros em relação às emissões dos éxcitons claros.

Les excitons spatialement indirects, en tant que bosons composites, sont des candidats prometteurs pour l'exploration des systèmes corrélés à N-corps. Ils possèdent une dipôle électrique intrinsèque et une variété de spin 4 fois dégénérée, et devraient former un condensat de Bose-Einstein au-dessous de quelques Kelvins. De récents résultats théoriques montrent que cette condensation doit se produire au sein des états optiquement noirs. Néanmoins les interactions peuvent créer un couplage cohérent vers une population brillante, rendant ainsi accessible la détection du condensat par le biais de sa photoluminescence. Nos expériences portent sur un gaz froid d'excitons indirects dans un double puits quantique. Les excitons sont photo-générés par une excitation laser et confinés dans un piège électrostatique. Nous avons observé une réduction de la population d'excitons brillants pour un gaz de densité fixe à basses températures. Ceci contraste fortement avec le comportement attendu d'un gaz froid soumis à la statistique de Maxwell-Boltzmann. Ces résultats expérimentaux sont confirmés par un modèle phénoménologique montrant que la condensation dans les états noirs est compatible avec le noircissement anormal observé. Une réduction de la température pourrait en principe amplifier ces signatures, cependant dans le GaAs l'interaction exciton-phonon permettant le refroidissement est fortement réduite pour des températures inférieures au Kelvin. Nous avons donc développé une technique permettant le contrôle in-situ du confinement des excitons indirects sans échauffement du gaz, ouvrant ainsi la voie à l'exploration du refroidissement évaporatif des excitons. / Spatially indirect excitons, being composite bosons, are attractive candidates to explore correlated many-body systems. They possess an inherent electric dipole and a four-fold spin manifold. Indirect excitons are expected to form a BEC below a few Kelvins. Recent theoretical results show this condensation must occur in optically dark states. Interactions, however, can lead to a coherent coupling to a bright population, rendering the condensate accessible through its PL. Here we report on a cold gas of indirect excitons in coupled quantum wells. indirect excitons are photo-generated through pulsed laser excitation. Indirect excitons are confined in an electrostatic traps. Thus, we are able to observe an anomaluos depletion of the bright state population for a fixed gas density at lower bath temperatures. This stands in stark contrast to the expected classical behavior of a cold gas of indirect excitons obeying Maxwell-Boltzmann statistics. The experimental results are confirmed by a phenomenological model showing that condensation into the dark state is compatible with the observed anomalous darkening. Reducing the gas temperature should reinforce these signatures. However, in GaAs exciton-phonon interaction is strongly reduced for sub-Kelvin temperatures. We have thus developed a technique to control the indirect excitons confinement in-situ. Our method does not increase the gas temperature and thus paves the way towards the exploration of evaporative cooling for indirect excitons.

We report on the observation of lasing in cuprous iodide (CuI) microwires. A vapor-phase transport growth procedure was used to synthesize CuI microwires with low defect concentration. The crystal structure of single microwires was determined to be of zincblende-type. The high optical quality of single microwires is indicated by the observed series of excitonic emission lines as well as by the formation of gain under optical excitation. Lasing of triangular whispering-gallery modes in single microwires is demonstrated for fs- and ns-excitation from cryogenic temperatures up to 200 K. Timeresolved micro-photoluminescence studies reveal the dynamics of the laser process on the time scale of several picoseconds.