Magnéto-photoluminescence des alliages de GeSn : conception d'un montage et mesures préliminaires

Les spins des porteurs de charge dans les semiconducteurs peuvent être exploités pour la mise en place des qubits nécessaires au développement des processeurs quantiques. Ces qubits sont compacts et peuvent être compatibles avec les procédés de fabrication à grande échelle. Les semiconducteurs du groupe IV possèdent plusieurs avantages pour explorer et contrôler les propriétés du spin : existence d'isotopes stables sans spin nucléaire (nécessaires pour éliminer les interactions hyperfines), compatibilité avec les standards de fabrication de l'industrie des semiconducteurs, etc. Or, les semiconducteurs comme le silicium et le germanium possèdent une bande interdite indirecte ce qui limite l'efficacité de leur interaction (absorption et émission) avec la lumière. Cela rend difficile le développement d'interfaces photon-spin qui sont critiques pour la distribution de l'intrication quantique (du qubit volant au processeur statique à base de spin). Les semiconducteurs de GeSn (groupe IV) permettent de contourner ce problème puisque les alliages ayant une concentration d'étain supérieure à 9 % possèdent une bande interdite directe. De plus, ils sont compatibles avec le silicium, ont une grande mobilité des trous et possèdent un fort couplage spin-orbite. Le développement de dispositifs de communication quantique nécessite d'abord une bonne compréhension des propriétés de base des alliages de GeSn, surtout celles qui dictent le comportement du spin. Les objectifs de ce projet sont : de concevoir un montage de magnéto-PL adapté pour l'infrarouge entre 2 et 2,5 um, ainsi que de mesurer les propriétés optiques des alliages de GeSn. Le montage expérimental pourra être utilisé dans le futur pour déterminer le facteur g et autres propriétés magnétiques des alliages de GeSn. Ce mémoire présente les concepts physiques (photoluminescence, magnéto-photoluminescence, règles de sélection, mécanismes de relaxation de spin, etc.) nécessaires à la compréhension du projet. Les propriétés des alliages de GeSn sont également abordées (diagramme à bande, temps de vie des porteurs, temps de relaxation de spin, facteur g, etc.). Une attention particulière est portée aux méthodes utilisées dans la littérature pour réaliser les mesures expérimentales.