Fundamental Properties

Abstract

This thesis reports a theoretical investigation of the influence of the electronphonon interaction on semiconductor cavity quantum electrodynamical systems, specifically a quantum dot coupled to an optical microcavity.We develop a theoretical description of the decay dynamics of the quantum dot interacting with the cavity and the phonons. It is shown that the presence of the phonon interaction, fundamentally changes the spontaneous emission decay behavior of the quantum dot. Especially in the regime where the quantum dotcavity spectral detuning is significantly larger than any linewidth of the system, the effect of the phonon interaction is very pronounced. A simple approximate analytical expression for the quantum dot decay rate is derived, which predicts a strong asymmetry with respect to the quantum dot-cavity detuning at low temperatures, and allows for a clear interpretation of the physics.Furthermore, a study of the indistinguishability of single photons emitted from the coupled quantum dot-cavity system is performed, with special emphasis on non-Markovian decoherence due to the phonon interaction. We show that common theoretical approaches fail to predict the degree of indistinguishability, on both a qualitative and quantitative level, for experimentally relevant parameters regimes. The important role of non-Markovian effects in the shorttime regime, where virtual processes dominate the decoherence of the quantum dot-cavity system, is emphasized. Importantly, our investigations lead to a maximum achievable degree of indistinguishability, a prediction which eludes common approaches.iii ResuméDenne afhandling rapporterer en teoretisk undersøgelse af indflydelsen af elektronfonon vekselvirkningen på halvleder kavitet kvanteelektrodynamiske systemer, specifikt en kvanteprik koblet til en optisk mikrokavitet.Vi udvikler en teoretisk beskrivelse af henfaldsdynamikken af kvanteprikken der vekselvirker med kaviteten og med fononerne. Det bliver vist at tilstedevaerelsen af fononvekselvirkningen, fundamentalt aendrer opførslen af spontan henfald af kvanteprikken. Specielt i regimet hvor kvanteprik og kavitet er ude af resonans, med en vaerdi vaesentligt større end nogen linjebredde i systemet, er effekten af fononvekselvirkningen meget udtalt. Et simpelt approksimativt analytisk udtryk for kvanteprikkens henfaldsrate bliver udledt, som ved lave temperaturer forudsiger en staerk asymmetri afhaengig af om kvanteprikken og kaviteten er ude af resonans, og som tillader en klar fortolkning af fysikken.Et studie af uskelneligheden af enkelt fotoner udsendt fra det koblede kvanteprikkavitet system bliver endvidere udført, med specielt fokus på ikke-Markovisk dekohaerens på grund af vekselvirkningen med fononer. Vi viser at standard teoretiske tilgange fejler i at forudsige graden af uskelnelighed, på både et kvalitativt og kvantitativt niveau, for eksperimentelt relevante parameter regimer. Den vigtige rolle af ikke-Markoviske effekter i kort-tids regimet, hvor virtuelle processer dominerer tabet af kohaerens i k...