Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Transport pseudocyclique des électrons“

La chiralité n’est pas spontanément associée au magnétisme. Toutefois, l’étude des couches magnétiques épaisses de quelques atomes a mis en évidence une chiralité dans l’arrangement des moments magnétiques. On décrit ici comment cette chiralité provient des interfaces et dérive d’un effet relativiste, le couplage spin-orbite entre le spin des électrons et leur mouvement. Ce couplage chiral est mis en évidence dans le déplacement des parois magnétiques, mais aussi dans le transport des électrons. Ces deux effets sont mis à profit actuellement pour de nouveaux dispositifs d’électronique de spin.

Ce travail porte sur l'étude des propriétés de phototransport dans les semiconducteurs amorphes. Cette étude est faite par simulation numérique de la photoconductivité en régime transitoire qui repose sur les deux mécanismes de transport: le processus de multi-piégeages ('multiple trapping') des électrons à travers les états étendus et le processus de saut ('hopping') des porteurs de charges à travers les états localisés de la queue de bande de conduction. Nous avons développé un modèle sous forme d’équations de continuité en régime transitoire et qui réunit les deux mécanismes de transport de 'multiple trapping' et de saut. Ces équations ont été résolues numériquement pour calculer la photoconductivité transitoire (PCT). Les résultats obtenus de la PCT pour les basses températures dans le silicium amorphe hydrogéné a- Si:H sont en excellent accord avec les prédictions qui découlent de l’analyse de Monroe sur la thermalisation des porteurs de charges et le transport dans une distribution des états localisés de forme exponentielle. Nous avons utilisé la simulation pour étudier les contributions relatives aux deux processus de conduction par 'multiple trapping' et saut dans la PCT pour différentes densités des états des semiconducteurs désordonnés.

Cet article contribue à l’étude des propriétés de la gaine d’une décharge transitoire, comme celles considérées dans le cas des lasers à excimère. La zone cathodique d’une décharge transitoire est une zone de transition entre le plasma et la cathode. Elle a pour rôle d’assurer la continuité du courant du plasma vers la cathode et elle est le siège d’un champ électrique très intense. Ces valeurs élevées que peut prendre le champ électrique sur la cathode sont vraisemblablement en grande partie responsables de la naissance d’instabilités dans cette région. Le problème est plus crucial à haute pression pour les décharges utilisées pour l’excitation des lasers, qu’à basse pression, principalement en raison du fait que de telles valeurs de champ électrique peuvent se rapprocher dangereusement des valeurs seuils de l’émission de champ à la cathode. Un modèle analytique a été utilisé pour décrire l’évolution de la zone cathodique dans une décharge électrique impulsionnelle pour un gaz de Ne haute pression. Pour démontrer la validité de ce modèle, les résultats trouvés ont été comparés avec ceux d’un modèle unidimensionnel longitudinal. Ces deux modèles se basent sur la résolution des équations de transport des électrons et des ions couplés à l’équation de Poisson, pour en déduire ensuite l’évolution spatio-temporelle du champ électrique et de la densité ionique.

La photosynthèse, principale voie de production d'énergie dans les environnements naturels, repose sur des flux d'électrons intervenant dans plusieurs complexes dans la membrane des thylakoïdes des organismes photosynthétiques. Le flux principal est le transport « linéaire » des électrons qui implique leur transfert de l'eau au NADP⁺, le tout couplé à la synthèse d'ATP. L'oxydation de l'eau photosynthétique est catalysée par les clusters de manganèse (Mn₄CaO₅) au niveau du photosystème II (PSII). Pour assurer un équilibre optimal entre la quantité d'énergie produite et consommée, les organismes photosynthétiques détournent une partie de l'énergie lumineuse récoltée des voies de transport d'électrons "linéaires" vers des voies "alternatives". Parmi ces voies, on trouve les transports cyclique et pseudocyclique des électrons autour du photosystème I (PSI), qui fournit de l'ATP supplémentaire pour répondre aux besoins métaboliques. En outre, des systèmes redox spécialisés appelés "thiorédoxines" sont responsables du maintien de l'état redox et de l'acclimatation rapide des plantes à un environnement changeant. Dans le cas contraire, cela peut conduire à des niveaux toxiques d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans les cellules. Nous avons étudié les effets de l'excès et de la carence en manganèse (Mn) sur le transport des électrons au cours de la photosynthèse chez l'hépatique Marchantia polymorpha. Nous avons montré que l'homéostasie du Mn a un effet sur le métabolisme mais aussi sur la photosynthèse. De plus, nous avons étudié les changements redox in vivo du P700 et du la plastocyanine (PC) en utilisant le spectrophotomètre KLAS-NIR. Il semble que la carence en Mn permet une augmentation du transport cyclique des électrons (TCE) ce qui indique la présence de supercomplexes contenant le PSI et le complexe du cytochrome b6f. Dans un second temps, nous nous sommes concentrées sur la régulation redox de la réduction de l'oxygène (transport d'électrons pseudocyclique) du côté de l'accepteur du PSI. En utilisant la spectroscopie RPE par piégeage indirect de spin, nous avons montré que des plantes sauvages d'Arabidopsis thaliana génèrent plus de ROS en photopériode de jour court (JC) qu'en photopériode de jour long (JL). En outre, nous avons mis en évidence le rôle de plusieurs acteurs, y compris les thiorédoxines et plusieurs protéines du lumen et du stroma dans la régulation redox. De plus, j'ai découvert que le transfert du pouvoir réducteur du stroma au lumen est médié par une protéine appelée CCDA. Par ailleurs, l'attachement réversible de Trxm à la membrane des thylakoïdes agit comme une force motrice pour l’accumulation des ROS en JC. Dans l'ensemble, les résultats établissent un lien étroit entre le transport cyclique et pseudocyclique des électrons en termes de régulations redox médiées par les thiorédoxines. Une voie est également ouverte quant à une exploration plus approfondie du TCE dans différentes conditions de stress
Photosynthesis acts as the main gateway for energy production in natural environments and relies on the electron flow via several complexes in the thylakoid membrane of photosynthetic organisms. The major flux is “linear” electron transport, which involves the transfer of electrons from water to NADP⁺, coupled with the ATP synthesis. Photosynthetic water oxidation is catalyzed by manganese cluster (Mn₄CaO₅) at photosystem II (PSII). To ensure an optimal balance between the amount of energy produced and consumed, photosynthetic organisms divert part of the harvested light energy from “linear” to “alternative” electron transport pathways. Among those pathways are cyclic and pseudocyclic electron transport around Photosystem I (PSI), which supplies extra ATP to meet metabolic demands. Moreover, specialized redox systems, called " thioredoxins " are responsible for maintaining the redox status and fast acclimation of plants to constantly fluctuating environments, which could otherwise lead to toxic levels of reactive oxygen species (ROS) production. We studied the effects of manganese (Mn) excess and deficiency on photosynthetic electron transport in the liverwort Marchantia polymorpha. We have shown that Mn homeostasis has an effect at both metabolic and photosynthetic levels. Moreover, we have studied the in vivo redox changes of P700 and PC using KLAS-NIR spectrophotometer and have shown that Mn deficiency seems to enhance cyclic electron transport (CET), that may indicate the presence of supercomplexes containing PSI and cytochrome b6f complex. The second part of this PhD focused on the redox regulation of oxygen reduction (pseudocyclic electron transport) at the PSI acceptor side. By using indirect spin trapping EPR spectroscopy, we have shown that Arabidopsis thaliana wild type plants generate more ROS in short day (SD) photoperiod than in long day (LD) photoperiod. Further, the current study highlighted the role of several players in redox regulation; including thioredoxins and several other lumenal and stromal proteins. Moreover, I explored that the transfer of reducing powers from stroma to lumen is mediated by a protein called CCDA and that reversible attachment of Trxm to the thylakoid membrane acts as the driving force for higher ROS under the SD light regime. Overall, this research establishes a strong connection between cyclic and pseudocyclic electron transport in terms of thioredoxins mediated redox regulations and also paves the way to further explore CET under different stress conditions

Nous présentons ici les derniers développements du code CPA100 qui permet de simuler par Monte Carlo toute la cascade d'évènements intervenant dans la modélisation du transport des photons (et électrons) dans le milieu cellulaire. Par rapport aux précédents travaux, la cible est nouvelle : il s'agit d'ADN plasmide. Notre première problématique concerne l'optimisation de toute l'étape physique de l'interaction primaire des particules avec le plasmide, dont le nombre d'atomes se compte par milliers. Nous présentons donc dans ce travail de nouvelles méthodes de calculs, notamment pour l'échantillonnage du parcours des particules dans des milieux non homogènes. La question de l'optimisation algorithmique revient d'ailleurs comme un leitmotiv dans toutes les étapes de la simulation, jusqu'à la phase chimique. Parallèlement à cette problématique technique, nous avons cherché à introduire de nouvelles sections efficaces, moléculaires, pour les électrons. Toutes les interactions des électrons sont gérées d'un point de vue moléculaire, et non plus atomique. Pour le calcul des sections efficaces d'ionisation par impact électronique, le modèle Binary - Encounter-Bethe de Kim et Rudd est utilisé. Nous présentons aussi de nouvelles sections efficaces élastiques et d'excitation pour les molécules de l'ADN. Enfin, pour valider un code de calculs, il est important de pouvoir comparer les résultats de simulations à ceux obtenus expérimentalement. Deux expériences majeures ont été modélisées. La première s'intéresse à l'influence de l'énergie des photons sur les rendements de cassures. La seconde concerne les rendements de cassures consécutifs à l'introduction d'iode 125
We present here the last developments of the CPA100 code. The code is aimed at simulating by Monte Carlo the cascade of events intervening in the modeling of photons and electrons transport in cellular medium. Compared to the preceding works, the target is new: it acts of plasmid DNA. Our first problem relates to the optimization of all the physical stage of the primary interaction of particles with the plasmid, which number of atoms amounts per thousands. We thus present in this work new calculation methods, in particular for particles path sampling in nonhomogeneous mediums. The question of algorithmic optimization returns besides like a leitmotiv in all the stages of simulation, until the chemical phase. Parallel to this technical problem, we sought to introduce new molecular cross sections for the electrons. All electrons interactions are managed from a molecular point of view. For ionization cross sections by electron impact, the Binary–Encounter–Bethe model of Kim and Rudd is used. We also present new elastic and excitation cross sections for DNA molecules. To validate a computer code, it is important to compare simulations results with experimental ones. Two major experiments have been modelled. The first relies on the influence of photons energy on DNA damages. The second relates to DNA breakage following iodine 125 decay

L'objectif de ce travail est l'etude du transport des particules (photons, electrons et positrons) dans la matiere ainsi que le traitement de diverses applications ayant un interet dans les domaines de la dosimetrie, de la radioprotection ou de la radiologie. Cette etude est abordee par le biais de la simulation monte carlo des phenomenes stochastiques. L'outil de travail qui a ete mis au point est un logiciel (ou systeme) qui simule le transport de ces trois types de particules dans des materiaux quelconques et pour des geometries complexes. La gamme d'energie de ces particules va de quelques dizaines de kev a 100 mev. Le nom donne a ce systeme est gepts (gamma, electron and positron transport system). La description des differents types d'interactions est detaillee avec un maximum de precision. Plusieurs approximations usuelles sont alors contournees. De nouvelles distributions de diffusions multiples et de pertes d'energie ainsi que d'autres developpements personnels sont proposes. Une partie importante de la these est reservee aux applications qui illustrent les capacites du systeme. Les resultats obtenus sont compares a ceux des principaux systemes existant (etran, egs4) et autres mesures experimentales. Dans la majorite des cas gepts donne des resultats d'une grande precision

La qualité du transport électronique est l'une des clés permettant de soutenir la progression des performances pour les futures générations de composants. De très nombreux facteurs, comme le choix de l'isolant et du métal de grille, le matériau de canal ou la présence de contraintes mécaniques, affectent de façon négative ou positive ces propriétés de transport. L'épaisseur du canal, qui atteint des dimensions nanométriques joue également un rôle : interactions avec les interfaces, fluctuations d'épaisseurs, effets de couplage électrostatique ou quantique entre ces interfaces. Il est probable que des mécanismes d'interaction associés à la proximité des zones surdopées de source et de drain puissent également intervenir. A ces dimensions, on s'attend à observer des phénomènes de transport hors d'équilibre, voire balistique, qui peuvent remettre en question la validité des paramètres utilisés pour caractériser le transport. Donc avec l'avancement de la technologie, il devient nécessaire de faire évoluer les modèles de transport et les paramètres afin de mieux expliquer le fonctionnement du MOSFET. Cette thèse se concentre sur la compréhension des modèles de transport existants et des méthodes d'extraction pour les noeuds technologiques actuels et futures. Les modèles de transport et les méthodes d'extraction de paramètres en régime linéaire et de saturation ont été explorés au cours de cette thèse. L'impact de la résistance série, qui est une fonction de la tension de grille, dans les MOSFET avancés est pris en compte et une nouvelle méthode d'extraction améliorée a été développée dans le régime linéaire. Des mesures à basse température ont été utilisées en régime linéaire pour l'extraction des mécanismes de diffusion en utilisant le modèle de mobilité. Une nouvelle méthode de correction pour le courant de drain dans le régime de saturation pour les MOSFET canal court est développée en utilisant les mesures à basse température. Cela permet de corriger du DIBL ainsi que des effets de " self heating ". Le modèle de saturation de vitesse et la méthode d'extraction associée sont explorés dans le régime de saturation et sont étudiés en fonction de la température et de la longueur de canal. Les modèles balistique et quasi-balistique avec le concept de la " kT layer " en régime de saturation sont également étudiés pour les noeuds sub 32 nm. Mesurer la magnétorésistance offre des perspectives prometteuses pour les dispositifs à canal court et permettant d'extraire directement la mobilité, sans la nécessité de la connaissance des dimensions du canal. Un modèle analytique pour la magnétorésistance est développé dans le cadre des noeuds technologiques sub 32 nm pour les modèles de transport balistique et quasi-balistique. La mesure de la magnétorésistance est explorée dans la région de saturation pour la première fois jusqu'à 50 nm sur les MOSFET " bulk " afin de comprendre l'applicabilité de cette méthode d'extraction à ce régime. Enfin les dispositifs bulk+ FDSON, FinFET, et GAA sont caractérisés en fonction de la température et les mécanismes de transport dans ces nouveaux dispositifs sont étudiés jusqu'à 35 nm (FinFET). En outre, le paramètre de champ effectif η est extrait pour les dispositifs sSOI. On trouve qu'il est différent du cas " bulk " comme c'était le cas pour les résultats obtenues sur bulk contraint et FDSOI. Cela est interprété par la rugosité de surface et la diffusion des phonons en raison de l'occupation préférentielle de la sous la bande fondamentale dans ces dispositifs avancés.

Le contexte général de cette étude est la fusion thermonucléaire contrôlée par Confinement Inertiel (FCI) et, plus particulièrement, l'Allumeur Rapide (Fast Ignitor). Dans ce schéma la maîtrise de la génération et du transport des électrons sont vitaux. Cette thèse est une étude expérimentale de la génération et du transport des électrons rapides créés lors de l'interaction d'un laser ultra-intense (>= 10 19 W/cm2) avec une cible solide. Le diagnostic principal utilisé au cours de cette thèse est le rayonnement de transition. Ce rayonnement dépend des propriétés des électrons qui le produisent et donne des informations importantes sur ces électrons: leur énergie, température, géométrie de propagation, etc. L'analyse spectrale, spatiale et temporelle de ce rayonnement a permis de mettre en évidence l'accélération de paquets périodiques d'électrons qui dans ce cas émettent un rayonnement de transition cohérent (CTR - Coherent Transition Radiation). Nous avons développé des modèles théoriques au cours de cette thèse pour expliquer les résultats expérimentaux. On trouve ainsi deux types de paquets d'électrons émis périodiquement à la fréquence du laser (w0) et au double de la fréquence laser (2w0), mettant en jeu différents mécanismes d'accélération: vacuum heating/absorption résonnante et vxB respectivement. Ces paquets sont également observés par des simulations PIC. La température de ces électrons est de ~ 2 MeV dans nos conditions expérimentales. Ils sont émis à partir d'un point source qui est la tache focale du laser et se propagent de façon balistique; ils peuvent, dans certains cas, être réinjectés dans la cible par un phénomène de re-circulation. Cependant ce diagnostic n'est sensible qu'aux électrons cohérents et relativistes, ce qui explique la faible partie d'énergie totale qu'ils emportent (~ quelques mJ). Le CTR de ces électrons supra-thermiques domine largement le rayonnement émis par les électrons moins énergétiques qui emportent la majorité de l'énergie.

Le contexte général de cette étude est la fusion thermonucléaire contrôlée par Confinement Inertiel (FCI) et, plus particulièrement, l'Allumeur Rapide (Fast Ignitor). Dans ce schéma la maîtrise de la génération et du transport des électrons sont vitaux. Cette thèse est une étude expérimentale de la génération et du transport des électrons rapides créés lors de l'interaction d'un laser ultra-intense (>= 10 19 W/cm2) avec une cible solide. Le diagnostic principal utilisé au cours de cette thèse est le rayonnement de transition. Ce rayonnement dépend des propriétés des électrons qui le produisent et donne des informations importantes sur ces électrons: leur énergie, température, géométrie de propagation, etc. L'analyse spectrale, spatiale et temporelle de ce rayonnement a permis de mettre en évidence l'accélération de paquets périodiques d'électrons qui dans ce cas émettent un rayonnement de transition cohérent (CTR - Coherent Transition Radiation). Nous avons développé des modèles théoriques au cours de cette thèse pour expliquer les résultats expérimentaux. On trouve ainsi deux types de paquets d'électrons émis périodiquement à la fréquence du laser (w0) et au double de la fréquence laser (2w0), mettant en jeu différents mécanismes d'accélération: vacuum heating/absorption résonnante et vxB respectivement. Ces paquets sont également observés par des simulations PIC. La température de ces électrons est de ~ 2 MeV dans nos conditions expérimentales. Ils sont émis à partir d'un point source qui est la tache focale du laser et se propagent de façon balistique; ils peuvent, dans certains cas, être réinjectés dans la cible par un phénomène de re-circulation. Cependant ce diagnostic n'est sensible qu'aux électrons cohérents et relativistes, ce qui explique la faible partie d'énergie totale qu'ils emportent (~ quelques mJ). Le CTR de ces électrons supra-thermiques domine largement le rayonnement émis par les électrons moins énergétiques qui emportent la majorité de l'énergie
The general context of this study is the Inertial Confinement for thermonuclear controlled fusion and, more precisely, the Fast Igniter (FI). In this context the knowledge of the generation and transport of fast electrons is crucial. This thesis is an experimental study of the generation and transport of fast electrons in the interaction of a high intensity laser (≥ 1019 W/cm2) with a solid target. The main diagnostic used here is the transition radiation. This radiation depends on the electrons which produce it and thus it gives important information on the electrons: energy, temperature, propagation geometry, etc. The spectral, temporal and spatial analysis permitted to put in evidence the acceleration of periodic electron bunches which, in this case, emit a Coherent Transition Radiation (CTR). During this thesis we have developed some theoretical models in order to explain the experimental results. We find this way two kinds of electron bunches, emitted either at the laser frequency (ω0), either at the double of this frequency (2ω0), involving several acceleration mechanisms: vacuum heating / resonance absorption and vxB, respectively. These bunches are also observed in the PIC simulations. The electron temperature is of about 2 MeV in our experimental conditions. The electrons are emitted starting from a point source (which is the laser focal spot) and then propagate in a ballistic way through the target. In some cases they can be re-injected in the target by the electrostatic field from the target edges. This diagnostic is only sensitive to the coherent relativistic electrons, which explains the weak total energy that they contain (∼few mJ). The CTR signal emitted by those fast electrons is largely dominating the signal emitted by the less energetic electrons, even if they contain the major part of the energy (∼ 1 J)

Depuis l'avènement des nanotechnologies, une grande quantité de matériaux sont façonnés à l'échelle du nanomètre par des techniques diverses et l'intégration de ces nanostructures demande une caractérisation de leur structure électronique. La microscopie à effet tunnel est adaptée à ces études car elle permet l'adressage de nanostructures uniques pour mesurer leur structure électronique. Nous rapportons ici l'étude du transport électronique dans deux types de nanostructures: des nanotubes de carbone simple paroi déposés sur une surface d'or et des atomes uniques de silicium sur un substrat de silicium. Dans la première étude, le couplage faible entre un nanotube et le substrat permet d'accéder à la densité d'états unidimensionnelle des nanotubes et autorise la formation de défauts ponctuels, ayant des états localisés dans la bande interdite des nanotubes. Cette modification, réversible, de la structure atomique des nanotubes de carbone amène des opportunités concernant la modification controlée et à volonté de leurs propriétés électroniques. La deuxième étude vise à caractériser la dynamique des porteurs dans une liaison pendante de silicium énergétiquement isolée de tout autre état électronique sur une surface Si(111). L'analyse du transport révèle un courant inélastique mettant en oeuvre la recombinaison non radiative des électrons de la pointe avec des trous capturés par l'état de la liaison pendante, grâce à l'émission de vibrations. La spectroscopie à effet tunnel montre de plus que l'on peut caractériser l'efficacité de capture d'un état quantique unique, en connaissant son niveau d'énergie, sa fonction d'onde, sa section de capture et le couplage électron-phonon.

La miniaturisation continue des composants électroniques rend indispensable la connaissance des mécanismes de transport à l’échelle nanométrique. Alors que les processus simples de conduction dans les matériaux homogènes sont bien assimilés, la compréhension du transport à l’échelle nanométrique dans les systèmes hétérogènes reste à améliorer. Par exemple, le couplage entre courant, résistance et flux de chaleur dans des nanostructures doit être clarifié. Dans ce contexte, le sujet de thèse est centré autour du développement et de l’application de méthodes de calcul avancées pour la prédiction des propriétés de transport électronique et thermique à l’échelle nanométrique. Dans une première partie, nous avons paramétré un modèle de potentiel inter-atomique classique adapté à la description de systèmes multicomposants, afin de modéliser les propriétés structurelles, vibratoires et de transport de chaleur de la silice, ainsi que du silicium. Pour ce faire, une approche d’optimisation automatisée et reproductible a été mise en place. En guise d’exemple, nous avons calculé la dépendance en température de la résistance de Kapitza pour le système silice amorphe - silicium cristallin, ce qui a permis de souligner l’importance d’une description structurelle précise de l’interface. Dans une seconde partie, nous avons étudié la décomposition modale de la conductivité thermique du graphène supporté par un substrat de silice amorphe. Plus précisément, l’influence de l’état de surface (hydroxilation, etc) sur le transport thermique a été quantifiée. Le rôle déterminant des excitations collectives de phonons a été mis au jour. Finalement, dans une dernière partie, les propriétés de transport électronique du graphène supporté par une bi-couche de silice, système récemment observé expérimentalement, ont été étudiées. L’influence d’ondulations dans la couche de graphène ou dans le substrat, souvent présentes dans les échantillons réels et dont l’amplitude et la longueur d’onde peuvent être contrôlées, a été dégagée. Nous avons également modélisé le champ électrique généré par une grille, et déterminé son incidence sur le transport électronique
The perpetual shrinking of microelectronic devices makes it crucial to have a proper understanding of transport mechanisms at the nanoscale. While simple effects are now well understood in homogeneous materials, the understanding of nanoscale transport in heterosystems needs to be improved. For instance, the relationship between current, resistance, and heat flux in nanostructures remains to be clarified. In this context, the subject of the thesis is centered around the development and application of advanced numerical methods used to predict electronic and thermal conductivities of nanomaterials. This manuscript is divided into three parts. We begin with the parameterization of a classical interatomic potential, suitable for the description of multicomponent systems, in order to model the structural, vibrational, and thermal transport properties of both silica and silicon. A well-defined, reproducible, and automated optimization procedure is derived. As an example, we evaluate the temperature dependence of the Kapitza resistance between amorphous silica and crystalline silicon, and highlight the importance of an accurate description of the structure of the interface. Then, we have studied thermal transport in graphene supported on amorphous silica, by evaluating the mode-wise decomposition of thermal conductivity. The influence of hydroxylation on heat transport, as well as the significant role played by collective excitations of phonons, have come to light. Finally, electronic transport properties of graphene supported on quasi-two-dimensional silica, a system recently observed experimentally, have been investigated. The influence on transport properties of ripples in the graphene sheet or in the substrate, which often occur in samples and whose amplitude and wavelength can be controlled, has been evaluated. We have also modeled electrostatic gating, and its impact on electronic transport

La réduction nécessaire des dimensions imposée par l'ITRS a plongé l'industrie des semi-conducteurs dans l'ère de la nanoélectronique. Selon les prévisions envisagées pour la fin des années 2000, la longueur d'un transistor devra atteindre 18nm pour assurer une croissance économique positive de ce secteur. Cette réduction des dimensions diminue le nombre d'interactions au sein des canaux de conduction, permettant à certains porteurs de rejoindre le drain sans interagir dans le canal. Le transport est alors dit « quasi-balistique » et l'analyse de la rétrodiffusion des porteurs permet d'évaluer la marge de progression du transistor MOSFET concerné. Cette étude présente une méthode d'extraction originale mise au point pour déterminer les paramètres quasi-balistiques régissant le transport dans les transistors MOSFETs envisagés pour les nœuds technologiques 32nm et en deçà. Le transport des porteurs est simulé, caractérisé et analysé pour des architectures innovantes à canal ultra-courts (jusqu'à 10nm de longueur de grille) comme les transistors sur isolant (SOI) ou à grilles multiples. D'un point de vue technologique, l'impact de l'application d'une contrainte du substrat et de la réduction de l'épaisseur de film sur les performances des dispositifs ultimes sur isolant est également étudié et approfondi expérimentalement. Finalement, une étude de la conduction électronique à faible champ longitudinal a conduit, pour la première fois, à la détermination expérimentale du libre parcours moyen des électrons, permettant ainsi d'expliquer physiquement la chute de la mobilité des porteurs régulièrement observée lorsque la longueur de grille des transistors diminue
The requests of ITRS regarding device scaling have progressively lead the semi-conductor industry to the nanoelectronics era. MOSFET transistor gate length is indeed planned to be as short as 18nm in 2009 to maintain the economic growth rate of this line of business. Such dimension reductions have lead to a decrease of interactions within the transistor channel, thus allowing some of the carriers to reach the drain in a more direct manner. Carrier transport has then to be considered as "quasi-ballistic" and backscattering analysis is necessary to optimize the performance of short channel transistors. This manuscript presents a new extraction methodology to determine quasi-ballistic transport parameters of MOSFET transistors expected for the 32nm technological node and beyond. Carrier transport is simulated, electrically characterized and analyzed in ultra-short (gate length down to 10nm) alternative architectures, such as Silicon-On-Insulator (SOI) devices or multigate transistors. From a technological point of view, the impact of strain and Si film thickness reduction on the performance of ultimate devices is deeply investigated Finally, electron transport is studied under low longitudinal field conditions, leading for the first time to carrier mean free-path experimental extractions. These extractions demonstrate in particular that the unexpected mobility degradation has a physical origin

À l’heure où la miniaturisation électronique atteint ses limites, une meilleure compréhension du transport quantique à travers des systèmes de dimensionalité réduite, dans lesquels l’interaction entre électrons ne peut plus être ignorée ou même traitée comme une perturbation, devient primordiale. La description théorique du transport électronique dans de tels systèmes est de fait un des problèmes majeurs de la physique mésoscopique actuelle. Le traitement correct des corrélations introduites par l’interaction est un problème extrêmement non-trivial et malgré les nombreux travaux entrepris dans cette thématique et les résultats accumulés, beaucoup reste à faire pour réellement comprendre les effets des corrélations dans les nano-systèmes. L’approche retenue dans cette thèse consiste à simuler sur ordinateur des modèles physiques simplifiés et à se limiter à des tailles suffisamment petites pour pouvoir faire un traitement numérique exact. Le but est de mettre en évidence les mécanismes qui prennent place dans ces modèles et qui peuvent être similaires à ceux qui apparaissent dans les systèmes réels. En calculant numériquement (à l’aide de la technique de diagonalisation exacte de Lanczos) la statistique des niveaux d’énergie multi-particules, nous avons étudié les effets combinés du désordre et de l’interaction dans les systèmes bidimensionnels. Alors que l’interaction diminue les corrélations spectrales et donc augmente la localisation des électrons (caractère isolant) dans le régime de faible désordre, un comportement non-monotone apparaît dans le régime de fort désordre. Dans ce régime, alors que les électrons sont déjà localisés par le désordre, une interaction modérée a un effet délocalisant. Cette conclusion est confirmée par une étude de la structure des fonctions d’onde multiparticules. L’effet de délocalisation peut être compris comme résultant de réorganisations de charge dues à une compétition entre le désordre et l’interaction pour établir la structure de l’état fondamental. Nous nous sommes également intéressé à l’influence des corrélations sur la conductance des boîtes quantiques. Pour calculer numériquement la conductance en prenant en compte toutes les corrélations, nous avons utilisé une méthode récemment développée : la méthode de la boucle, utilisant un code basé sur l’algorithme DMRG. La généralisation de la méthode à des systèmes inhomogènes a permis d’étudier l’effet d’une tension de grille sur la conductance d’une chaîne en interaction. Bien que le couplage entre la chaîne et les fils jouant le rôle de réservoirs soit parfait dans notre modèle, nos résultats numériques, étendus par une étude analytique dans la limite de forte interaction, montrent que le blocage de Coulomb apparaît sous l’effet des corrélations. L’existence de ce blocage de Coulomb en l’absence de barrières de potentiel constitue le résultat le plus important de cette thèse. Enfin, nous avons aussi travaillé au développement de la méthode de la boucle pour des systèmes avec spin. Introduire ce degré de liberté est bien évidemment souhaitable en vue d’améliorer le réalisme des modèles étudiés. Les premiers résultats que nous avons obtenus montrent que la méthode est toujours valable pour ces systèmes.

Après une brève description de la technologie des jonctions moléculaires, suivie d'une introduction à la physique de base du transport des électrons, plusieurs sections passent en revue des résultats sélectionnés sur le transport dépendant du spin, la plasmonique, les interférences quantiques, le transport thermique et le bruit électronique dans les dispositifs de l’électronique moléculaire.