Lorsqu’à l’école on veut former un cercle d’enfants nous avons une tendance naturelle à réunir les enfants autour d’un endroit donné, un arbre par exemple, les faisant attendre patiemment jusqu’à ce que leurs copains arrivent. C’est d’une façon similaire que depuis plus de vingt ans les physiciens ont pu créer des condensats de Bose-Einstein d’atomes, dans un premier temps, et d’autres particules bosoniques, comme les polaritons, par la suite. Les condensats de polaritons sont obtenus généralement dans des microcavités verticales, similaires à celles employées dans les VCSELs, et dont l’état de plus basse énergie est caractérisé par une vitesse de groupe nulle. C’est-à-dire, les condensats de polaritons sont des condensats statiques « qui attendent patiemment l’arrivée de nouveaux polaritons qui alimentent le condensat ». Bien que les physiciens ont trouvé des moyens pour mettre en mouvement ces condensats de polaritons, les vitesses de propagation restent faibles par rapport à celle de la lumière, nous empêchant de profiter pleinement des propriétés des polaritons. Grâce à une structure polaritonique originale, basée sur un guide d’onde monolithique, des chercheurs et ingénieurs de l’Institut Pascal (CNRS/Université Clermont Auvergne), du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies-C2N (CNRS/Université Paris-Sud) et du Centre de Recherche sur l’Hétéro-Epitaxie et ses Applications-CRHEA (CNRS/Université Côte d’Azur), ont réussi à créer un condensat de polaritons dans un état dont le moment est très élevé, ce qui permet au condensat de polaritons de se propager avec une vitesse de groupe d’environ 20-25 % celle de la lumière. Ces travaux font l’objet d’un article dans Light : Science & Applications.
Pour parvenir à ce résultat, les scientifiques ont fabriqué par épitaxie sous jets moléculaires un guide polaritonique où le mode photonique est confiné par réflexion totale interne, et les excitons sont créés dans une zone active à base de ZnO homoepitaxié, ce qui permet d’exploiter les propriétés optiques excellentes de ce matériau. Contrairement aux condensats de polaritons dans des microcavités verticales, les condensats créés dans un guide polaritonique se trouvent sous le cône de lumière et, par conséquence, il a fallu trouver la façon de les extraire vers l’extérieur pour pouvoir les étudier. Pour ce faire, des réseaux de diffraction ont été fabriqués à la surface du guide, ce qui a permis de mesurer la dispersion des polaritons aussi bien sous le seuil qu’au-dessus du seuil de condensation. Ces mesures de dispersion, qui prouvent la nature polaritonique du condensat, montrent par ailleurs que ces condensats se propagent avec des vitesses de groupe d’environ 20 % celle de la lumière tout en gardant une fraction excitonique, et donc des nonlinéarités, très prononcées (>50%). Ces travaux ouvrent la porte à la réalisation des circuits polaritoniques intégrés fonctionnant, qui plus est, à température ambiante.
