Simulation Monte Carlo du transport quantique dans les composants nanométriques (application à l'étude de lasers à cascade quantique térahertz)

Les sources optiques appelées lasers à cascade quantique (LCQ) présentent des potentialités très intéressantes pour l'émission en infrarouge, tout particulièrement aux fréquences térahertz. Ces dispositifs, qui utilisent à la fois des phénomènes quantiques et optiques, suscitent actuellement une intense activité de recherche. Ce travail vise à mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine du transport quantique dans les LCQ. Dans ce but, nous avons utilisé des simulations de Monte Carlo qui permettent à la fois d'étudier les effets microscopiques et de déterminer les performances des composants. Ce travail est divisé en trois parties. Dans un premier temps, nous présentons les différentes sources optoélectroniques émettant dans l'infrarouge lointain. Nous détaillons en particulier le principe de fonctionnement des LCQ et leurs performances. Nous précisons le formalisme de l'équation Maîtresse que nous avons adopté pour modéliser le transport quantique dans ces dispositifs. Ensuite, nous présentons le modèle théorique adapté au transport inter-sous-bandes dans les LCQ. L'inclusion de l'interaction coulombienne électron-électron dans le simulateur Monte Carlo est détaillée. À l'aide d'un algorithme numérique, nous optimisons la phase de calcul des éléments de matrice de l'interaction inter-porteurs. Puis, nous développons un modèle complet de l'interaction électron~électron, en tenant compte des phénomènes d'écrantage et des conditions de transport hors d'équilibre dans les LCQ.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF