Academic literature on the topic 'Bit quantique de spin de trou'

Les bits quantiques de spin (qubits) établis dans des boîtes quantiques au sein de semiconducteurs du groupe IV constituent une plateforme prometteuse en vue de futurs processeurs quantiques à grande échelle, du fait de leur faible encombrement et de leur processus de fabrication compatibles avec l'industrie des semiconducteurs traditionnelle. En particulier, les particules de trous ont gagné en attention ces dernières années en vue de leur potentiel en tant que qubit de spin car elles permettent une manipulation rapide de l'orientation du spin, entièrement induites par des champs électriques grâce à leur couplage spin-orbite intrinsèquement important. Ce dernier est toutefois à double tranchant car il expose aussi le spin de trou à des fluctuations électriques indésirables provenant du milieu environnant, ce qui en somme, dégrade le temps de cohérence du qubit. Au cours des dernières années, de nombreux efforts ont été déployés pour réduire l'influence du bruit électrique provenant de l'environnement sur les qubits de spins, révélant ainsi l'existence de points préférentiels, appelés "sweetspots", où le temps de cohérence est grandement étendu dépendamment de l'orientation du champ magnétique.Dans ce manuscrit, l'accent est mis sur la caractérisation des contributions de bruit électrique ayant un impact sur un qubit de spin à trou unique en fonction de l'orientation du champ magnétique dans un échantillon de silicium naturel dopé P ayant une structure MOS. La particule de trou est confinée spatialement dans une boîte quantique définie électrostatiquement à l'intérieur du dispositif. L'orientation de son spin est lue par réflectométrie radio-fréquence basée sur une méthode de discrimination en énergie des états de spin. Nous démontrons expérimentalement que les "sweetspots" précédemment mentionnés appartiennent en fait à des lignes continues, dites "sweetlines" autour de la sphère angulaire du champ magnétique, en accord avec les prédictions théoriques. Nous montrons également qu'en plus d'un temps de cohérence étendu, le fonctionnement des sweetlines est compatible avec une manipulation efficace avec des fréquences de Rabi, f_R, dépassant confortablement 10 MHz, et un facteur de qualité défini comme Q = 2 f_R T_2^R s'élevant jusqu'à environ 690, rivalisant avec les estimations rapportées pour les électrons. En outre, cette étude met en évidence un contrôle accru de la position angulaire des sweetlines en fonction de la tension de grille. Ceci constitue un aspect particulièrement important dans le contexte d'une future implémentation à plus grande échelle. Enfin, l'étude expérimentale de ces points de fonctionnement optimaux est reproduite pour un système à deux qubits soulignant l'importance des sweetlines pour les systèmes de qubits de spin
Spin quantum bits (qubits) established in group-IV semiconductor quantum dots structures (QD) embody a promising platform for large-scale quantum processors leveraging on small footprint and compatible fabrication processes with mainstream semiconductor industry. In particular, hole particles recently gained attention as spin qubit platform as they enable fast and all-electrical manipulation due to their intrinsically large spin-orbit coupling. The latter coupling however stands as a two-edged sword as it also exposes the hole spin to undesired interactions with the surrounding environment, which in turn degrade the qubit coherence time. Over the past years, many efforts have been conducted to mitigate electrical noise influence stemming from the environment thus revealing the existence of preferential points of enhanced coherence time, named ``sweetspots'', depending on magnetic field orientation.In this manuscript, the emphasis is laid on the characterization of electrical noise contributions impacting a single hole spin qubit with respect to magnetic field orientation on a P-doped natural silicon-MOS architecture. The hole particle is spatially confined in a QD defined electrostatically within the device. Spin orientation is readout by radio-frequency reflectometry based on energy-selective readout method. We experimentally demonstrate that the reported ``sweetspots'' belong in fact to continuous ``sweetlines'' wrapped around the sphere of magnetic-field polar-angle components, in agreement with theoretical predictions. We also show that, in addition to extended coherence time, sweetline operation is compatible with efficient electric-dipole spin resonance with Rabi frequencies, f_R, comfortably exceeding 10 MHz, and a qubit quality factor Q = 2 f_R T_2^R as high as 690, competing with reported values for electrons. Our study evidences ample gate-voltage control of the sweetlines position in magnetic field, an aspect particularly relevant in the purview of scalability. Finally, the experimental investigation of such optimal operation points is extended to a two qubit system as a proof of concept underscoring the importance of sweetlines tuning for spin qubit systems

Les sources de bruit sont l'un des facteurs critiques qui déterminent les performances des qubits dans les applications de calcul quantique. Les sources de bruit font référence à tous les facteurs externes qui peuvent causer des erreurs ou de la décohérence dans un qubit. Dans cette thèse, nous avons simulé ces effets dans le cas d'un qubit de spin à trous en technologie Silicon-On-Insulator (SOI). Les fluctuations de charges sont l'une des principales sources de bruit dans les qubits de spin à trous. La présence de charges mobiles peut introduire des fluctuations dans le champ électrique autour du trou. Les fluctuateurs de charge peuvent provenir d'impuretés ou de défauts dans les couches d'oxyde à proximité des régions de silicium. Ils peuvent induire des changements aléatoires dans les niveaux d'énergie, les fonctions d'onde et les facteurs g du spin du trou, provoquant des erreurs ou la décohérence du qubit.Il est donc essentiel d'étudier l'impact des fluctuateurs de charge sur le qubit de spin de trou. Nous simulons un point quantique confinant un seul trou. Le confinement est défini par des grilles électrostatiques sur un nanofils de silicium. Notre objectif est de décrire le qubit de manière aussi réaliste que possible par rapport aux technologies qui ont été récemment développées et caractérisées. Notre simulation prend en compte la relaxation et le déphasage du spin du trou dans le temps en combinant les équations de Poisson et de Schrödinger dépendant du temps pour modéliser un signal télégraphique aléatoire classique. Notre approche est capable de décrire les effets combinés des champs électriques fluctuants et du couplage spin-orbite sur la dynamique du spin, sans aucun paramètre libre.Nous montrons que le modèle à deux niveaux bien connu décrit efficacement le temps de déphasage [dollar]T_2[dollar] sur une large gamme de fréquences [dollar]u[dollar] du signal télégraphique. Lorsque [dollar]u[dollar] est faible, la décohérence est déterminée par le comportement à court terme de la phase de précession du spin qui est alors caractérisée par une distribution non gaussienne, la cohérence de la phase est perdue dès que le fluctuateur change d'état. La description gaussienne n'est précise qu'au-dessus d'une fréquence seuil [dollar]omega_{th}[dollar] , lorsque le système à deux niveaux répond à la distribution statistique des états du fluctuateur. Le temps de déphasage [dollar]T_2[dollar] à cette fréquence seuil peut être augmenté de manière significative en ajustant l'orientation du champ magnétique et les potentiels de grille le long des lignes "douces". Cependant, nous montrons que [dollar]T_2[dollar] ne peut pas tendre vers l'infini pour des raisons qui sont discutées. L'existence de points "doux" est maintenant un fait expérimentalement établi. Les simulations montrent également que le temps de relaxation du spin [dollar]T_1[dollar] ne peut pas être décrit avec précision par le modèle à deux niveaux, car le couplage aux niveaux de trous de plus haute énergie a un impact important sur la dynamique du spin.Nous étudions également les processus de décohérence dans le même qubit de spin à trous en utilisant la théorie de Bloch-Redfield. Nous montrons que cette théorie fonctionne bien à haute fréquence [dollar]u[dollar], lorsque la dynamique du spin du trou est lente par rapport aux fluctuations de son environnement. Les limites de la théorie de Bloch-Redfield à basse fréquence sont identifiées
Noise sources are one of the critical factors that determine the performance of qubits in quantum computing applications. Noise sources refer to any external factors that can cause errors or decoherence in a qubit. In this thesis, we have simulated these effects in the case of a hole spin qubit in Silicon-On-Insulator (SOI) technology.Charge fluctuators are one of the major sources of noise in hole spin qubits. The presence of moving charges can introduce fluctuations in the electric field around the hole. Charge fluctuators may arise from impurities or defects in the oxide layers in the vicinity of silicon regions. They can induce random changes in the energy levels, wavefunctions and [dollar]g[dollar]-factors of the hole spin, causing errors or decoherence in the qubit.This makes it essential to study the impact of charge fluctuators on hole spin qubit. We simulate a quantum dot confining a single hole. The confinement is defined by electrostatic gates on a silicon nanowire channel. Our goal is to describe the qubit as realistically as possible compared to technologies which were recently developed and characterized. Our simulation takes into account the relaxation and the dephasing of the hole spin over time by combining Poisson and time-dependent Schr{"o}dinger equations to model a classical random telegraph signal. Our approach is able to describe the combined effects of fluctuating electric fields and spin-orbit coupling on the spin dynamics, without any free parameter.We show that the well-known two-level model effectively describes the dephasing time [dollar]T_2[dollar] over a broad range of frequencies [dollar]u[dollar] of the telegraph signal. When [dollar]u[dollar] is low, the decoherence is determined by the short time behavior of the spin precession phase which is then characterized by a non-Gaussian distribution, the coherence of the phase is lost as soon as the fluctuator changes state. The Gaussian description is only accurate above a threshold frequency [dollar]omega_{th}[dollar], when the two-level system responds to the statistical distribution of the fluctuator states. The dephasing time [dollar]T_2[dollar] at this threshold frequency can be significantly increased by adjusting the magnetic field orientation and gate potentials along "sweet" lines. However, we show that [dollar]T_2[dollar] cannot tend to infinity for reason which are discussed. The existence of "sweet" points is now an experimentally established fact. The simulations also show that the spin relaxation time [dollar]T_1[dollar] cannot be accurately described by the two-level model as the coupling to higher-energy hole levels greatly impacts the spin dynamics.We also study decoherence processes in the same hole spin qubit using the Bloch-Redfield theory. We show that this theory works well at high frequency [dollar]u[dollar], when the dynamics of the hole spin is slow compared to the fluctuations of its environment. Limits of the Bloch-Redfield theory at low frequency are identified

Les bits quantiques (qubits) de spin sont des dispositifs dans lesquels l'information est stockée comme une superposition cohérente des deux états de spin d'une particule. Une des perspectives de ces dispositifs est d'exploiter le parallélisme massif permis par une telle superposition de solutions. Le CEA Grenoble étudie notamment des qubits de spin de trou dans le silicium, car leur manipulation électrique est plus facile que les qubits d'électron grâce au couplage spin-orbite fort dans les bandes de valence. Cette thèse porte ainsi sur la modélisation de la manipulation électrique de ces qubits de trou. Tout d'abord, nous introduisons les méthodes k.p décrivant la structure des bandes de valence du silicium, et qui permettent de construire des modèles numériques et analytiques. Puis nous présentons les expériences menées au CEA Grenoble sur ces qubits dérivés des technologies CMOS. Ces expériences mettent en évidence les fortes anisotropies magnétiques des fréquences de Larmor et de Rabi, qui caractérisent respectivement la dynamique et la manipulation du qubit. Nous introduisons un formalisme de matrice gyromagnétique qui décrit complètement ces deux fréquences. De plus, nous montrons comment les symétries impactent la forme de cette matrice, et comment elles expliquent l'anisotropie magnétique des qubits. Ensuite, nous identifions grâce à la simulation numérique, les mécanismes microscopiques à l'œuvre lors de la manipulation électrique du spin, ce qui nous permet de construire un modèle minimal de qubit de trou. Ce modèle démontre que le silicium est un matériau hôte idéal pour un tel qubit grâce à la forte anisotropie de ces bandes de valence. Pour terminer, nous étudions numériquement l'impact des phonons sur le temps de vie des qubits de trou. Nous montrons que le temps de relaxation est suffisamment grand pour effectuer plusieurs dizaines de milliers d'opérations malgré le couplage spin-orbite fort
Spin quantum bits (qubits) are devices in which information is stored as a coherent superposition of two spin states of a particle. One of the perspectives of these devices is to exploit a massive parallelism allowed by such a superposition of solutions. The CEA Grenoble is studying in particular hole spin qubits in silicon, because their electrical manipulation is easier than electron qubits thanks to the strong spin-orbit coupling of the valence bands. This thesis thus focuses on the modeling of the electrical manipulation of these hole qubits. First of all, we introduce the k.p methods that describe the valence bands structure of silicon, and which allow to build numerical and analytical models. Then we present the experiments carried out by CEA Grenoble on these qubits derived from CMOS technologies. These experiments reveal the strong magnetic anisotropy of the Larmor and Rabi frequency, which respectively characterise the dynamic and the manipulation of the qubit. We introduce a gyromagnetic matrix formalism that completely describe these two frequencies.In addition, we show how symmetries impact the shape of this matrix, and how they explain the magnetic anisotropy of qubits. Next, we identify through numerical simulation, the microscopic mechanisms underlying the electrical manipulation of spin, which then allow us to build a minimal model for hole qubits. This model demonstrates that silicon is an ideal host material for a such qubit thanks to the strong anisotropy of its valence bands. Finally, we study numerically the impact of phonons on the lifetime of hole qubits. We show that the relaxation time is large enough to perform tens of thousand of operations despite the strong spin-orbit coupling

La réalisation d'un ordinateur quantique fonctionnel est l'un des objectifs tech- nologiques les plus ambitieux pour les scientifiques d'aujourd'hui. Sa brique de base est composée d'un système quantique à deux niveaux, appelé bit quantique (ou qubit). Parmi les différents concepts existants, les dispositifs à base de spin sont très attractifs car ils bénéficient de la progression constante des techniques de nanofabrication et permettent la lecture électrique de l'état du qubit. Dans ce contexte, les dispositifs à base de spins nucléaires offrent un temps de cohérence supérieur à celui des dispositifs à base de spin electronique en raison de leur meilleure isolation à l'environnement. Mais ce couplage faible a un prix: la détection et la manipulation des spins nucléaires individuels restent des tâches difficiles. De très bonnes conditions expérimentales étaient donc essentielles pour la réussite de ce projet. Outre des systèmes de filtrage des radiofréquences à très basses températures et des amplificateurs à très faible bruit, j'ai développé de nouveaux supports d'échantillons et des bobines de champ magnétique trois axes compacts avec l'appui des services techniques de l'Institut Néel. Chaque partie a été optimisée afin d'améliorer la qualité de l'installation et évaluée de manière quantitative. Le dispositif lui-même, un qubit réalisé grâce à un transistor de spin nucléaire, est composé d'un aimant à molécule unique couplé à des électrodes source, drain et grille. Il nous a permis de réaliser la lecture électrique de l'état d'un spin nucléaire unique, par un processus de mesure non destructif de son état quantique. Par conséquent, en sondant les états quantique de spin plus rapidement que le temps de relaxation caractéristique de celui-ci, nous avons réalisé la mesure de la trajectoire quantique d'un qubit nucléaire isolé. Cette expérience a mis en lumière le temps de relaxation T1 du spin nucléaire ainsi que son mécanisme de relaxation dominant. La manipulation cohérente du spin nucléaire a été réalisée en utilisant des champs électriques externes au lieu d'un champ magnétique. Cette idée originale a plusieurs avantages. Outre une réduction considérable du chauffage par effet Joule, les champs électriques permettent de contrôler et de manipuler le spin unique de façon très rapide. Cependant, pour coupler le spin à un champ électrique, un processus intermédiaire est nécessaire. Un tel procédé est l'interaction hyperfine, qui, si elle est modifiée par un champ électrique, est également désigné sous le nom d'effet Stark hyperfin. En utilisant cet effet, nous avons mis en évidence la manipulation cohérente d'un spin nucléaire unique et déterminé le temps de cohérence T2 . En outre, l'exploitation de l'effet Stark hyperfin statique nous avons permis de régler le qubit de spin nucléaire à et hors résonance par l'intermédiaire de la tension de grille. Cela pourrait être utilisé pour établir le contrôle de l'intrication entre les différents qubits nucléaires. En résumé, nous avons démontré pour la première fois la possibilité de réaliser et de manipuler un bit quantique basé sur un aimant à molécule unique, étendant ainsi le potentiel de la spintronique moléculaire au delà du stockage de données classique. De plus, la grande polyvalence des molécules aimants est très prometteuse pour une variété d'applications futures qui, peut-être un jour, parviendront à la réalisation d'un ordinateur quantique moléculaire.

L’optique quantique avec électron est un domaine de recherche en expansion depuis ses débuts au cours des années 90 prenant suite aux premières expériences d’interférence avec électrons réalisées dans les années 80. Ce domaine est dédié à la réalisation d’expérience d’optique quantique avec des électrons plutôt que des photons. Leur intérêt est double, d’une part les électrons étant des fermions de nouveaux phénomènes, en comparaison des photons qui sont des bosons, peuvent être observés. L’électron anti-bunching, en comparaison du bunching des photons obtenu dans des expériences de corrélations en est un exemple. Le deuxième avantage des électrons est le fait qu’ils peuvent être contrôlés et manipulés à l’aide de champ électrique, un tel contrôle n’est pas possible avec des photons. Alors que les composants de base pour la réalisation de ces expériences sont déjà existant comme la lame séparatrice, ou encore les sources cohérentes à électrons uniques, la détection immédiate d’un électron unique dans de telles expériences est toujours manquante. La difficulté étant le faible temps d’interaction entre l’électron en déplacement et le détecteur de charge qui est limité typiquement à moins de 1ns principalement à cause de la vitesse élevée de déplacement de l’électron qui est égale à la vitesse de Fermi soit 10-100km/s. Ce temps d’interaction est environ deux ordres de grandeurs plus petits que ce qui est nécessaire pour le meilleur détecteur de charge démontré jusqu’à présent.Dans ce manuscrit est présenté le développement d’un détecteur ultra-sensible pour la détection immédiate d’un électron se déplaçant à la vitesse de Fermi. Notre stratégie est de détecter un électron unique se déplaçant dans les canaux de bords (ECs) de l’effet Hall quantique à partir de la mesure d’une variation de phase d’un bit quantique singlet-triplet, appelé qubit détecteur par la suite. La détection immédiate de cet électron en déplacement n’étant possible que si l’interaction avec ce dernier induit une variation de phase de pi, avec une lecture immédiate de l’état de spin du qubit détecteur.Grâce au développement et à l’utilisation d’un RF-QPC, cette lecture immédiate de l’état de spin est tout d’abord démontrée. Par la suite le développement du qubit détecteur avec la réalisation d’oscillations cohérentes d’échange est décrit. Sa sensibilité en charge est démontrée avec l’observation d’une phase induite par l’interaction avec un courant d’électrons dans les ECs. Ce courant est imposé par l’application d’un biais de tension contrôlant le potentiel chimique de ces ECs.Après optimisation de ce qubit détecteur pour la détection d’un électron unique, il est calibré en utilisant le même procédé de courant imposé par application d’un biais de tension. Cette calibration nous fournie la variation de signal attendue pour l’interaction avec cette charge unique est indique que sa détection immédiate est impossible dans nos conditions expérimentales. Notre détecteur ayant une sensibilité de charge de l’ordre de 8.10-5 pour une bande passante allant de DC à 1THz. Cette sensibilité est environ deux ordres de grandeur trop petite que ce qui est nécessaire pour la détection immédiate de cette charge unique. Finalement, ce qubit détecteur est utilisé pour détecté, dans une expérience moyennée, ce qui est appelé un edge magneto plasmon composé par moins de 5 électrons. Néanmoins, atteindre la détection de la charge unique dans n’a pas été possible, la sensibilité en charge étant légèrement trop petite pour y arriver.Les différentes limites de notre détecteur sont listées et expliquées tout au long du manuscrit, avec une présentation de différents axes de développement qui devraient permettre de réussir cette détection d’un électron unique dans une nouvelle expérience
The electron quantum optics field is a research topic with an interest growing over the years since the 80's and the first interference experiment with electrons. This field is dedicated to the implementation of quantum optics experiments with electrons instead of photon. The advantage is twofold, one is the fermion nature of the electrons which ensure the observation of phenomenon which cannot be observed with photon (boson), the anti-bunching of the electrons in correlation experiments contrary to the bunching for photons illustrates this point. The second advantage is the possibility to interact and control electrons with electric fields since they are charged particles. Such control does not exist with photon. In addition to these fundamental experiments, it has been recently demonstrated that this topic presents a possible candidate for quantum information with so called flying qubit. While the based components to mimic the quantum optics experiments are already demonstrated like the beam splitter, phase shifter or coherent single electron source, the single electron detection in a single shot manner in such system is still lacking. The difficulty being the short interaction time between the travelling charge and the charge detector, being of less than 1ns in such system where the electron propagate at the Fermi velocity 10-100km/s. This interaction is approximately two orders of magnitude shorter than what is required with the actual best on chip charge detector.In this thesis is presented the development of an ultra-sensitive detector for the single shot detection of an electron travelling at the Fermi velocity. Our strategy was to detect a single travelling electron propagating in the edge channels (ECs) of the quantum Hall effect by measuring the induced phase shift of a singlet-triplet qubit, referred as to the qubit detector. The single shot detection being only possible if the interaction with the travelling electron induces a complete π phase shift and the spin readout of the qubit detector being performed in a single shot manner.Thanks to the development and use of a RF-QPC the single shot spin readout of the qubit detector has been first demonstrated. Its development with the implementation of coherent exchange oscillations is then described. The charge sensitivity of the qubit detector is validated in an experiment consisting in recording a phase shift of these oscillations due to the interaction with an imposed flow of electrons in the ECs. This flow of electron was induced by a DC voltage bias applied on the ECs to tune their chemical potential.This qubit detector is then optimised for the single travelling charge detection. Its calibration has been implemented using the same imposed flow of electrons by application of a DC bias. This calibration provides the expected signal variation induced by the interaction with a single travelling electron, and indicates the impossibility to implement this detection in a single shot manner in our experimental conditions. Our detector exhibits a charge sensitivity estimated close to 8.10-5 e/Hz-1/2 for a detection bandwidth from DC to 1 THz. The sensitivity is close to two orders of magnitude smaller than required for a single shot detection. Finally this qubit detector has been employed to detect in average measurements an edge magneto plasmon composed by less than 5 electrons. However, the single electron level could not be reached in statistical measurement neither, the sensitivity of our qubit detector being too limited.The different limitations of our experiment are listed and explained with the presentation of different axes of development which could permit to succeed this detection in another experiment

Le spin d'un porteur dans une boîte quantique semiconductrice constitue une observable bien protégée des mécanismes de relaxation fonctionnant dans les matériaux massif, et constitue ainsi un candidat prometteur pour devenir un nouveau support de l'information, dans des dispositifs pour l'électronique de spin et le calcul quantique. Dans cette thèse, plusieurs aspects de la dynamique de spin du trou dans les BQs d'InAs sont abordés. La première partie est consacrée à la description microscopique de l'expérience pompe-sonde résolue en polarisation ainsi qu'à l'exposé des mécanismes de polarisation de spin du trou sous excitation résonnante et non résonnante. Dans un second temps, la question des mécanismes qui induisent la relaxation complète du spin du trou est adressée. La polarisation de spin du trou relaxe partiellement par interaction hyperfine dans un temps caractéristique d'environ 10 ns. Pour étudier des dynamiques plus longues, nous avons mis au point une technique de détection originale permettant de sonder des dynamiques millisecondes. Afin de confirmer la nature exacte des processus mis en jeux, les dépendances du temps de relaxation de spin du trou en fonction du champ magnétique et de la température ont été étudiées. Nous avons également mené une étude sur la possibilité de polariser les spin nucléaires de la boîte quantique. La polarisation dynamique des noyaux a déjà été observée dans les boites quantiques. Néanmoins cette polarisation a toujours été associée à l'électron. Nous avons obtenu une signature de la polarisation nucléaire qui pourrait être induite par le spin du trou. Cette polarisation nucléaire se manifeste par un champ magnétique effectif sur le trou de l'ordre du milliTesla. La polarisation nucléaire dotée d'un temps de vie de spin très long (ms) peut, à son tour devenir, un support robuste de l'information de spin. Le dernier traite de la cohérence du Qbit formé par le spin du trou. Pour obtenir des informations sur ce point, nous avons réaliser des expériences en champ magnétique transverse où l'on mesure la projection du spin suivant une direction orthogonale à la base des états stationnaires de l'énergie. A travers la synchronisation des modes de précession des différentes boîtes quantiques, nous avons déterminé le temps de cohérence intrinsèque du spin du trou aux alentours d'une microseconde. Une valeur de cette ordre démontre, d'une part, l'intérêt du spin du trou en tant que brique élémentaire pour coder l'information quantique, et d'autre part, ouvre la porte à des manipulations fines comme le contrôle de la phase du Qbit par effet Stark optique.

Les comportements critiques des systèmes de mécanique statistique en 2 dimensions ou de mécanique quantique en 1+1 dimensions, ainsi que certains aspects des systèmes sans interactions en 2+1 dimensions, sont efficacement décrits par les méthodes de la théorie des champs conforme et de l'intégrabilité, dont le développement a été spectaculaire au cours des 40 dernières années. Plusieurs problèmes résistent cependant toujours à une compréhension exacte, parmi lesquels celui de la transition entre plateaux dans l'Effet Hall Quantique Entier. La raison principale en est que de tels problèmes sont généralement associés à des théories non unitaires, ou théories conformes logarithmiques, dont la classification se révèle être d'une grande difficulté mathématique. Se tournant vers la recherche de modèles discrets (chaînes de spins, modèles sur réseau), dans l'espoir en particulier d'en trouver des représentations en termes de modèles exactement solubles (intégrables), on se heurte à la deuxième difficulté représentée par le fait que les théories associées sont la plupart du temps non compactes, ou en d'autres termes qu'elles donnent lieu à un continuum d'exposants critiques. En effet, le lien entre modèles discrets et théories des champs non compactes est à ce jour loin d'être compris, en particulier il a longtemps été cru que de telles théories ne pouvaient pas émerger comme limites continues de modèles discrets construits à partir d'un ensemble compact de degrés de libertés, par ailleurs les seuls qui donnent a accès à une construction systématique de solutions exactes.Dans cette thèse, on montre que le monde des modèles discrets compacts ayant une limite continue non compacte est en fait beaucoup plus grand que ce que les quelques exemples connus jusqu'ici auraient pu laisser suspecter. Plus précisément, on y présente une solution exacte par ansatz de Bethe d'une famille infinie de modèles(les modèles $a_n^{(2)}$, ainsi que quelques résultats sur les modèles $b_n^{(1)}$, où il est observé que tous ces modèles sont décrits dans un certain régime par des théories conformes non compactes. Parmi ces modèles, certains jouent un rôle important dans la description de phénomènes physiques, parmi lesquels la description de polymères en deux dimensions avec des interactions attractives et des modèles de boucles impliqués dans l'étude de modèles de Potts couplés ou dans une tentative de description de la transition entre plateaux dans l'Effet Hall par un modèle géométrique compact.On montre que l'existence insoupçonnéede limite continues non compacts pour de tels modèles peut avoir d'importantes conséquences pratiques, par exemple dans l'estimation numérique d'exposants critiques ou dans le résultats de simulations de Monte Carlo. Nos résultats sont appliqués à une meilleure compréhension de la transition theta décrivant l'effondrement des polymères en deux dimensions, et des perspectives pour une potentielle compréhension de la transition entre plateaux en termes de modèles sur réseaux sont présentées
The critical points of statistical mechanical systems in 2 dimensions or quantum mechanical systems in 1+1 dimensions (this also includes non interacting systems in 2+1 dimensions) are effciently tackled by the exact methods of conformal fieldtheory (CFT) and integrability, which have witnessed a spectacular progress during the past 40 years. Several problems have however escaped an exact understanding so far, among which the plateau transition in the Integer Quantum Hall Effect,the main reason for this being that such problems are usually associated with non unitary, logarithmic conformal field theories, the tentative classification of which leading to formidable mathematical dificulties. Turning to a lattice approach, andin particular to the quest for integrable, exactly sovable representatives of these problems, one hits the second dificulty that the associated CFTs are usually of the non compact type, or in other terms that they involve a continuum of criticalexponents. The connection between non compact field theories and lattice models or spin chains is indeed not very clear, and in particular it has long been believed that the former could not arise as the continuum limit of discrete models built out of acompact set of degrees of freedom, which are the only ones allowing for a systematic construction of exact solutions.In this thesis, we show that the world of compact lattice models/spin chains with a non compact continuum limit is much bigger than what could be expected from the few particular examples known up to this date. More precisely we propose an exact Bethe ansatz solution of an infinite family of models (the so-called $a_n^{(2)}$ models, as well as some results on the $b_n^{(1)}$ models), and show that all of these models allow for a regime described by a non compact CFT. Such models include cases ofgreat physical relevance, among which a model for two-dimensional polymers with attractive interactions and loop models involved in the description of coupled Potts models or in a tentative description of the quantum Hall plateau transition by somecompact geometrical truncation. We show that the existence of an unsuspected non compact continuum limit for such models can have dramatic practical effects, for instance on the output of numerical determination of the critical exponents or ofMonte-Carlo simulations. We put our results to use for a better understanding of the controversial theta transition describing the collapse of polymers in two dimensions, and draw perspectives on a possible understanding of the quantum Hall plateautransition by the lattice approach

Ce travail montre l'intérêt, par deux aspects, des semiconducteurs semimagnétiques CdMnTe pour l'étude des propriétés structurales, magnétooptiques et électroniques des puits quantiques II-VI. La première partie est consacrée à la caractérisation des interfaces CdTe/CdMnTe dans des puits quantiques asymétriques. Le large effet Zeeman dû à l'interaction d'échange porteurs-Manganèse de la transition excitonique fondamentale, déterminé par des mesures de magnétoréflectivité et d'effet Kerr, permet une analyse précise du profil de concentration du Manganèse à proximité de l'interface. Nous mettons ainsi en évidence le mécanisme de ségrégation qui résulte l'échange d'atomes entre deux monocouches adjacentes en cours de croissance. Dans la seconde partie, l'effet Zeeman géant de la bande de conduction est utilisé pour polariser totalement le spin des électrons d'un gaz bidimensionnel de densité intermédiaire présent dans un puits quantique semimagnétique. Cette propriété permet de découpler les phénomènes dépendant et non-dépendant du spin des électrons et d'étudier ainsi les effets à N corps au sein d'un gaz d'électrons bidimensionnel. L'analyse des mesures de magnéto-transmission inter-niveaux de Landau met en évidence la création de paires électron-trou liés par l'interaction coulombienne. L'énergie de liaison de ce complexe est toutefois fortement réduite par deux mécanismes dus au gaz d'électrons : l'écrantage et le remplissage de l'espace des phases. Un autre effet à N corps est manifeste : l'interaction d'échange électron-électron qui permet d'expliquer, conjointement avec l'interaction d'échange porteurs-Manganèse, la polarisation complète du gaz à un faible champ magnétique. Un modèle au premier ordre, incluant ces trois effets, reproduit le comportement des énergies des transitions en champ.