We discuss the decoherence dynamics in a single semiconductor quantum dot and analyze two dephasing mechanisms. In the first part of the review, we examine the intrinsic source of dephasing provided by the coupling to acoustic phonons. We show that the non-perturbative reaction of the lattice to the interband optical transition results in a composite optical spectrum with a central zero-phonon line and lateral side-bands. In fact, these acoustic phonon side-bands completely dominate the quantum dot optical response at room temperature. In the second part of the article, we focus on the extrinsic dephasing mechanism of spectral diffusion that determines the quantum dot decoherence at low temperatures. We interpret the variations of both width and shape of the zero-phonon line as due to the fluctuating electrostatic environment. In particular, we demonstrate the existence of a motional narrowing regime in the limit of low incident power or low temperature, thus revealing an unconventional phenomenology compared to nuclear magnetic resonance.
Nous discutons la dynamique de décohérence pour une boîte quantique unique et analysons deux mécanismes de déphasage. Dans la première partie de cette revue, nous examinons la source intrinsèque de déphasage provenant du couplage aux phonons acoustiques. Nous montrons que la réaction non-perturbative du réseau à la transition optique interbande se traduit par un spectre optique composite avec une raie centrale à zéro-phonon et des bandes latérales. De fait, les bandes latérales de phonons acoustiques dominent complètement la réponse optique de la boîte quantique à température ambiante. Dans la deuxième partie de cet article, nous nous concentrons sur le mécanisme extrinsèque de déphasage associé à la diffusion spectrale, qui détermine le spectre de la boîte quantique à basses températures. Nous interprétons les variations de profil et de largeur de la raie à zéro-phonon comme étant dues à l'environnement électrostatique fluctuant. Nous montrons en particulier l'existence d'un régime de rétrécissement par le mouvement dans la limite des basses températures ou faibles densités d'excitation, ce qui révèle une phénoménologie non-conventionnelle par rapport à la résonance magnétique nucléaire.
Mots-clés : Décohérence, Phonon acoustique, Diffusion spectrale, Rétrécissement par le mouvement
Guillaume Cassabois 1, 2; Robson Ferreira 1, 2
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Guillaume Cassabois; Robson Ferreira. Dephasing processes in a single semiconductor quantum dot. Comptes Rendus. Physique, Recent advances in quantum dot physics / Nouveaux développements dans la physique des boîtes quantiques, Volume 9 (2008) no. 8, pp. 830-839. doi : 10.1016/j.crhy.2008.10.009. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2008.10.009/
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