Rashba-Dresselhaus spin-orbit coupling in topological physics and exciton-polariton fluids

Couplage spin-orbite de Rashba-Dresselhaus en physique topologique et fluides d'exciton-polaritons Des degrés de liberté supplémentaires enrichissent la physique des systèmes et fournissent les leviers de contrôle supplémentaires nécessaires à la réalisation d'applications. Par exemple, en incluant le spin de l'électron dans la description du transport électronique dans les solides, tout le domaine de la spintronique a émergé, lequel compte désormais de nombreuses applications, telles que les dispositifs de stockage de mémoire magnétique, les capteurs magnétiques, les DEL et lasers polarisés en spin, les transistors à spin, etc. Dans le domaine de la physique topologique, l'inclusion du spin a donné naissance aux isolants et supraconducteurs de Hall quantique de spin, aux semi-métaux de Weyl, ainsi qu'à d'autres phases topologiques intéressantes de la matière.Le cœur de nombreux de ces effets réside dans le couplage spin-orbite, le lien entre le spin de l'électron et son mouvement. En général, le couplage spin-orbite électronique est décrit par une superposition des contributions de Rashba et de Dresselhaus. Sous une fabrication et un réglage appropriés des paramètres, ces deux contributions peuvent être équilibrées, donnant lieu à un régime particulier de couplage spin-orbite de Rashba-Dresselhaus (RDSOC). Il se trouve que le même type de couplage spin-orbite équilibré peut être réalisé dans les systèmes photoniques et les gaz atomiques, où le rôle du spin est joué par la polarisation de la lumière dans le cas des photons et par deux niveaux hyperfins dans le cas des atomes. L'étude des effets possibles provenant du RDSOC est l'objectif principal de cette thèse théorique.Tout d'abord, nous examinons comment l'incorporation du RDSOC peut induire ou modifier la topologie de différents systèmes. Nous commençons par construire une description générique et appropriée des liaisons fortes dans des réseaux en présence de RDSOC. Nous distinguons deux régimes fournis par le RDSOC : les régimes de contrôle de l'amplitude et de la phase des coefficients de couplage. Le premier nous permet de démontrer le contrôle topologique de la chaîne de Su-Schrieffer-Heeger. Le second ouvre la voie à la réalisation du modèle de Harper-Hofstadter. Nous élargissons ensuite notre étude aux systèmes non-Hermitiens. En introduisant la non-Hermiticité dans le système, l'effet tunnel devient non-réciproque. Dans le cas d'une chaîne de monomères, cela donne lieu à l'effet de peau non-Hermitien de spin, où la chaîne de monomères se divise en deux copies orthogonalement polarisées, chacune réalisant le modèle de Hatano-Nelson. Un effet similaire se produit pour une chaîne SSH avec RDSOC, conduisant à une correspondance anormale entre le volume et les bords.Dans cette thèse, nous nous concentrons sur une réalisation particulière du RDSOC dans une microcavité planaire à cristaux liquides nématiques. Ce système offre une grande flexibilité de la structure de bande, de vastes capacités d'ingénierie, y compris par lithographie, il possède tous les avantages des systèmes photoniques, tels que l'accès direct aux états propres, le couplage lumière-matière, des propriétés non linéaires uniques et, enfin, il offre une voie vers la physique non-Hermitienne en raison de la nature ouverte des systèmes photoniques. Nous montrons que les effets suggérés ci-dessus peuvent être réalisés dans des microcavités avec cristaux liquides, et certains ont déjà été réalisés après nos propositions.Enfin, nous consacrons la dernière partie de cette thèse à la description des fluides d'exciton-polaritons sous RDSOC. Nous proposons une nouvelle approche pour confirmer le couplage fort dans un système à structure de bande modulable. Nous appliquons cette approche aux résultats expérimentaux obtenus dans une microcavité hybride cristaux liquides-polymère organique. Nous poursuivons l'étude de ce système dans le régime condensé, en démontrant et en étudiant la phase « stripes » du fluide polaritonique, une caractéristique emblématique de la supersolidité.