• Langue : Français
• Discipline : Sciences physiques
• Identifiant : Inconnu
• Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
• Date de soutenance : 01/01/2011

Résumé en langue originale

Le fil directeur de mes travaux de recherche est l'étude des propriétés électroniques de systèmes de taille nanométrique réalisés dans les semiconducteurs. Leur caractère commun est que, à suffisamment basse température, leur propriétés de transport sont dominées par la nature quantique des électrons. Outre l'intérêt fondamental de l'étude du transport électronique dans la limite quantique, les nouvelles fonctionnalités ouvertes par ces études pourraient avoir des applications dans des domaines tels que la détection et la métrologie, ou comme base pour le traitement quantique de l'information. L'utilisation de telles nanostructures nécessite cependant de mieux comprendre leurs propriétés de transport, notamment concernant le transport cohérent hors équilibre, ou à l'échelle de l'électron ou du spin individuels. Les travaux que j'ai réalisés en post-doctorat à l'ETH Zürich, et que j'ai entamé à l'IEMN, visent à mieux comprendre ces phénomènes. Ils comprennent principalement trois parties, dont les principaux résultats sont détaillés ci-dessous. Peu d'études se sont intéressées aux propriétés des systèmes nanométriques hors équilibre, qui entrent en jeux dans de nombreuses mesures expérimentales, mais qui sont difficiles à prendre en compte dans des modèles théoriques. La mesure d'une boîte quantique à trois terminaux a permis de mettre en évidence expérimentalement la séparation du pic de densité d'état dans le régime Kondo, résultat important pour comprendre le comportement d'un système d'électrons fortement corrélés hors équilibre. Dans un anneau quantique, nous avons observé l'asymétrie en champ magnétique de la conductance non-linéaire, prédite théoriquement pour des systèmes d'électrons en interaction. La plupart des mesures de transport sont réalisées en moyennant sur un grand nombre d'électrons. La mesure du transport au niveau de l'électron individuel, réalisé à partir de boîtes quantiques, permet de mieux comprendre l'interaction entre un électron et son environnement. En utilisant une boîte quantique couplée à d'un détecteur de charge très sensible, nous avons pu mesurer pour la première fois la statistique de comptage des électrons dans un système mésoscopique. Cette méthode, étendue à des systèmes plus complexes, a permis d'observer comment le transport d'électrons uniques donne lieu à une figure d'interférence dans l'effet Aharonov-Bohm. Elle a également permis la mesure du bruit de grenaille d'un point contact quantique à très haute fréquence, autour de la coupure. Dans un nanotube de carbone suspendu, nous avons ensuite mis en évidence l'effet de blocage de Franck-Condon, intervenant lorsqu'un électron unique se couple fortement aux degrés de liberté de mouvement dans une nanostructure. La contrôle du spin à l'échelle de l'électron individuel constitue un défi expérimental qui pourrait mener vers des applications directes dans le traitement quantique de l'information. C'est le but des travaux effectués sur des nanostructures dans GaAs de type p et dans InAs, qui sont des matériaux a fort couplage spin-orbite. Dans un anneau réalisé dans un gas de trou dans GaAs, la mesure du battement des oscillations Aharonov-Bohm nous a permis de mettre en évidence l'influence du couplage spin-orbite sur la phase quantique de l'électron. Dans des boîtes quantiques réalisées dans des nanofils InAs, nous avons observé la compétition entre le couplage spin-orbite et l'interaction hyperfine, deux mécanismes entrant en jeu dans le temps de vie du spin.