Polariton

Les polaritons sont des quasiparticules issues du couplage fort entre une onde lumineuse et une onde de polarisation électrique. Plusieurs cas de figure sont possibles :

1. L'onde de polarisation est un phonon optique, c’est-à-dire essentiellement l'oscillation mécanique de deux atomes de charge opposée à l'intérieur d'un cristal. Les polaritons phononiques ont été beaucoup étudiés par la spectroscopie Raman dans les années 1970 - 80 et ont permis de mesurer la constante diélectrique à haute fréquence dans les semiconducteurs.
2. L'onde de polarisation est un plasmon dans un métal, c’est-à-dire essentiellement l'oscillation mécanique collective du nuage électronique d'un métal. Aux longueurs d'onde susceptibles de supporter des plasmons, l'onde lumineuse ne peut pas pénétrer dans le métal, cependant le couplage peut avoir lieu à l'interface métal/air (ou métal/diélectrique en général). Une telle onde de surface est ainsi appelée plasmon polariton de surface.
3. L'onde de polarisation est un exciton dans un semiconducteur. La mesure de la relation de dispersion des polaritons excitoniques dans le matériau massif a permis de mesurer la force d'oscillateur des excitons, ainsi que leur masse.
4. Un cas proche du précédent est celui où l'onde lumineuse est confinée dans une microcavité et l'exciton est confiné dans un puits quantique. Les polaritons de microcavités sont des quasiparticules bidimensionnelles ayant une très faible masse effective, et sont un candidat intéressant pour l'étude de la condensation de Bose-Einstein dans les semiconducteurs. D'autre part, un oscillateur paramétrique optique à très bas seuil a été démontré dans ces structures. Cet OPO fonctionne grâce à une non-linéarité ${\displaystyle \chi ^{(3)}}$ provenant des collisions polariton-polariton.
5. De la même manière on peut confiner l'onde lumineuse dans une cavité térahertz (THz). Les photons interagissent avec les transitions électroniques intersousbandes des puits quantiques pour former des polaritons intersousbandes de cavité.

La présence des polaritons est observée par la présence d'un anticroisement dans les relations de dispersion de la lumière et celle d'une résonance « matérielle » qui peut être couplée à la lumière.