Dissertations / Theses on the topic 'Transport quantique électronique'
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Koeniguer, Cédric. "Transport électronique dans les détecteurs à cascade quantique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00491605.
Full textAbstract:
Les détecteurs infrarouge à puits quantiques photovoltaïques sont des capteurs intéressants pour des applications où les flux de photons à détecter sont faibles, car ils permettent de s'affranchir du courant d'obscurité. Le premier chapitre de cette thèse présente l'évolution des ces détecteurs au travers d'un comparatif des caractéristiques, permettant de comprendre pourquoi le détecteur à cascade quantique (QCD) est un dispositif intéressant pour la détection infrarouge. Le second chapitre propose un modèle de transport électronique valable proche de l'équilibre thermodynamique, dans lequel nous considérons que seules les interactions électrons/phonons peuvent transférer les électrons d'une sous-bande d'énergie vers une autre. L'introduction de quasi-niveaux de Fermi, associés à chaque période du dispositif permet de donner une approche globale plus simple de ces transferts. On montre ainsi que la densité de courant, qui se déduit de manière générale en comptabilisant les échanges électroniques entre les sous-bandes, est analogue à celle d'une diode Schottky, permettant de donner une expression simple de la résistivité, qui est alors interprétée comme une relation d'Einstein. Le modèle est ensuite confronté aux résultats expérimentaux. Enfin, un dernier chapitre présente un échantillon QCD détectant à 5.7 µm, qui est dans un premier temps caractérisé optiquement et électriquement. Le modèle précédent lui est appliqué afin donner une première approche de l'influence des différents paramètres. Cette comparaison permet de mettre en évidence quelques limites liées aux hypothèses simplificatrices du modèle.
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Bennaceur, Keyan. "Transport électronique dans le graphène." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00584925.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur l'étude du transport électronique dans le graphène, en particulier à fort champs magnétiques, en régime d'Effet Hall Quantique. Il a pu être mis en évidence les mécanismes de transport électronique à énergie finie dans ce régime, les lois d'universalité de l'effet Hall quantique observées dans les gaz bidimensionnels d'électrons ont été retrouvées. Nous avons aussi pu observer pour la première fois la transition entre un régime de transport avec interactions et un sans interaction électronique grâce aux effets d'écrantage de la grille permettant de doper le graphène. Cette transition permet de confirmer une loi de saut à pas variable donnée par Efros-Shklovskii comme mécanisme de transport dominant dans l'effet Hall quantique.
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Faizy, Namarvar Omid. "Structure électronique et transport quantique dans les nanostructures de Graphène." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00870405.
Full textAbstract:
Le graphène est un matériau constitué d'une seule couche atomique de carbone et représente un sujet majeur de la physique de la matière condensée. Le graphène possède de nombreuses propriétés remarquables : structure électronique décrite par une equation de Dirac sans masse, forte mobilité électronique, effet Hall quantique anormal, résistance ,rigidité et conductivité thermique élevée. Cette these concerne la structure électronique et le transport dans le graphène. Nous considérons en particulier le cas des bicouches tournées de graphène. Ces systèmes ont été découverts en particulier dans le graphène produit sur le carbure de silicium et présentent des propriétés originales par rapport aux bicouches dans l' empilement AB qui existe par exemple dans le graphite. Nous analysons au moyen d'une théorie perturbative et aussi par des approches numériques la densité d'états dans ces systèmes.Nous montrons que la densité d'états présente des oscillations avec la même période que celle du Moiré produit par ces bicouches. Nous analysons aussi le rôle des défauts sur les propriétés de transport en particulier dans le cas ou les défauts sont répartis uniquement sur une des deux couches. Ici aussi notre approche combine théorie perturbative du couplage interplans et approches purement numérique en liaisons fortes. Nous considérons aussi le role joué par les adatomes comme l'hydrogène par exemple. Nous analysons la modification de la densité d'états induite autour de l'adatome et les variations correspondantes de densité de charge et de potentiel électrostatique. Ces systèmes tendent à produire des états resonants près de l'énergie de Dirac qui dependent beaucoup aussi de la position top ou hollow de l' adsorbat. Pour des orbitales de type "s" la resonance est plus marquée si l'adatome est en position hollow. Nous montrons que l'image par experience STM (microscopie à effet tunnel) depend beaucoup de la distance entre l'adsorbat et la pointe du STM. Dans un régime de champ proche la résonance de l'adsorbat peut même apparaître comme un creux dans le signal dI/dV du STM.
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Beltako, Katawoura. "Transport résolu en temps dans les nanodispositifs optoélectroniques quantiques." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0516.
Full textAbstract:
Les récents progrès en matière de fréquences d’excitation au-delà du gigahertz offrent aujourd’hui la possibilité de sonder la réponse interne d’un système quantique. Résoudre le fonctionnement en temps des futurs composants de la nanoélectronique apparaît aujourd’hui comme le défi majeur de la prochaine avancée en matière de modélisation/simulation. C’est le contexte de cette thèse, qui se concentre sur trois axes. Une première partie sur la méthodologie. Nous avons proposé une technique adaptée à la simulation du transport dépendant du temps dans les nanosystèmes interagissant avec un rayonnement lumineux, en nous appuyant sur l’état de l’art des méthodologies de statistiques quantiques avec une attention particulière au formalisme des fonctions de Green hors-équilibre. La deuxième partie de la thèse est consacrée au développement et à la mise en œuvre d’algorithmes efficaces pour simuler des fonctionnement résolus en temps de nanodispositifs optoélectroniques quantiques. Enfin, cette nouvelle méthode et les algorithmes développés nous ont permis d’étudier les processus de transfert de porteurs dans des nanojonctions moléculaires. Cette étude nous a conduit à l’élucidation d’effets physiques insoupçonnés et à des propositions expérimentales captivantes pour la détermination de caractéristiques quantiques internes de ces nanodispositifs. Ce travail nous fournit un outil précieux pour la simulation du transport quantique ultrarapide. Il donne également un aperçu de la pertinence de la dynamique transitoire dans la compréhension du fonctionnement des nanodispositifs optoélectroniques résolu en temps, et ouvre la voie vers la conception de l’optoélectronique ultrarapideRecent advances in excitation frequencies beyond gigahertz now offer the ability to probe the internal response of a quantum system. Time dependence in future nanoelectronics has arisen as the major challenge of next advances in device modeling and simulations. Oscillating gate voltages, time-dependent bias but also applied illumination pulses, all are examples of key issues in quantum transport simulations which require novel approaches as well as efficient numerical methods. This is the context of this thesis, which focuses on three areas. A first part concerns the methodology. We proposed a suitable technique for the simulation of time-dependent transport in nano-systems interacting with lightradiation, relying on the state of the art in quantum statistical methodologies, with a special attention to the formalism of non-equilibrium Green’s functions. The second part of the thesis is devoted to the development and implementationof efficient algorithms to simulate time-resolved quantities for quantum optoelectronic nanodevices. Finally, this new method and the developed algorithms have enabled us to investigate carrier transfer processes in molecular nanojunctions. This study led us to the elucidation of unsuspected physical effects and captivating experimental proposals for the determination of internal quantum characteristics of these nanodevices. This work provides us with a valuable toolfor ultrafast quantum transport simulation. It also gives indeed an insight on the relevance of transient dynamics in the understanding of time-resolved optoelectronic nanodevice operations and open avenues towards the design of futureultrafast optoelectronics
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Beltako, Katawoura. "Transport résolu en temps dans les nanodispositifs optoélectroniques quantiques." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0516/document.
Full textAbstract:
Les récents progrès en matière de fréquences d’excitation au-delà du gigahertz offrent aujourd’hui la possibilité de sonder la réponse interne d’un système quantique. Résoudre le fonctionnement en temps des futurs composants de la nanoélectronique apparaît aujourd’hui comme le défi majeur de la prochaine avancée en matière de modélisation/simulation. C’est le contexte de cette thèse, qui se concentre sur trois axes. Une première partie sur la méthodologie. Nous avons proposé une technique adaptée à la simulation du transport dépendant du temps dans les nanosystèmes interagissant avec un rayonnement lumineux, en nous appuyant sur l’état de l’art des méthodologies de statistiques quantiques avec une attention particulière au formalisme des fonctions de Green hors-équilibre. La deuxième partie de la thèse est consacrée au développement et à la mise en œuvre d’algorithmes efficaces pour simuler des fonctionnement résolus en temps de nanodispositifs optoélectroniques quantiques. Enfin, cette nouvelle méthode et les algorithmes développés nous ont permis d’étudier les processus de transfert de porteurs dans des nanojonctions moléculaires. Cette étude nous a conduit à l’élucidation d’effets physiques insoupçonnés et à des propositions expérimentales captivantes pour la détermination de caractéristiques quantiques internes de ces nanodispositifs. Ce travail nous fournit un outil précieux pour la simulation du transport quantique ultrarapide. Il donne également un aperçu de la pertinence de la dynamique transitoire dans la compréhension du fonctionnement des nanodispositifs optoélectroniques résolu en temps, et ouvre la voie vers la conception de l’optoélectronique ultrarapideRecent advances in excitation frequencies beyond gigahertz now offer the ability to probe the internal response of a quantum system. Time dependence in future nanoelectronics has arisen as the major challenge of next advances in device modeling and simulations. Oscillating gate voltages, time-dependent bias but also applied illumination pulses, all are examples of key issues in quantum transport simulations which require novel approaches as well as efficient numerical methods. This is the context of this thesis, which focuses on three areas. A first part concerns the methodology. We proposed a suitable technique for the simulation of time-dependent transport in nano-systems interacting with lightradiation, relying on the state of the art in quantum statistical methodologies, with a special attention to the formalism of non-equilibrium Green’s functions. The second part of the thesis is devoted to the development and implementationof efficient algorithms to simulate time-resolved quantities for quantum optoelectronic nanodevices. Finally, this new method and the developed algorithms have enabled us to investigate carrier transfer processes in molecular nanojunctions. This study led us to the elucidation of unsuspected physical effects and captivating experimental proposals for the determination of internal quantum characteristics of these nanodevices. This work provides us with a valuable toolfor ultrafast quantum transport simulation. It also gives indeed an insight on the relevance of transient dynamics in the understanding of time-resolved optoelectronic nanodevice operations and open avenues towards the design of futureultrafast optoelectronics
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Bouazra, Adel. "Simulation des mécanismes de transport quantique dans les nanocomposants sur Silicium." Lyon, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAL0040.
Full textAbstract:
La réduction de la taille des composants électroniques a entrainé des effets quantiques inévitables, à l’image du confinement quantique et l’effet tunnel. Nous avons essayé de mettre à profit ces phénomènes, pour l’étude du transport quantique à travers des oxydes ultras minces. En effet nous avons commencé par l’étude du transport quantique sur des structures 1D par la résolution des équations de Schrödinger-Poisson couplées. Un oxyde parfait n’existe pas et tenir compte des pièges est indispensable, c’est pourquoi nous les avons modélisé par un puit de potentiel, au niveau d’un oxyde et à l’interface entre deux diélectriques. La modélisation 1D ne suffit plus pour expliquer tous les phénomènes quantiques, c’est pourquoi l’étude et la modélisation des inclusions nanométriques, présentant un confinement bidimensionnel pour les fils et tridimensionnel pour les boites quantiques est primordiale. Pour ce faire, nous avons résolu les équations de Schrödinger en 2D et en 3D. L’étude du phénomène du transport à travers des boites quantiques, passe par la résolution des équations de Schrödinger-Poisson 3D. Nous nous sommes confrontés principalement à deux problèmes, techniquement très difficile à résoudre, qui se résume sur l’énorme temps de calcul machine et l’espace mémoire pris pour la résolution des problèmes à valeurs propres. L’approximation qui a été réalisée est de calculer l’équation de Poisson 3D en fixant à chaque fois le niveau de Fermi[Reducing the size of electronic components has resulted in inevitable quantum effects such as quantum confinement and tunnelling affect. We have used these phenomena to the study of quantum transport through ultra-thin oxides. We began by studying the quantum transport for 1D structures by solving the coup led Schrodinger-Poisson equations. Oxide ls not perfect and lake account of trap is essential. The trap is modelled by a thin quantum well in the matrix or in interface between two oxides. One dimensions! modelling ls not enough to explain all quantum phenomena, therefore the study and modelling of nanoscale inclusions having a two-dimensions confinement for quantum wire and three dimensional confinement quantum dot, ls essential. To this end we solved the Schr6dinger equations in 20 and 30. The study of the phenomenon of transport through quantum dots, requires solving equations of Schrodinger-Poisson 3D. We face two main problems, technically very difficult to solve, which are the enormous computation al lime and machine memory space taken for solving eigenvalue problems. Some approximations have been made to solve this problem. ]
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Ojeda-Aristizabal, Claudia. "Transport quantique dans le graphène." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112333.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie le transport électronique dans le graphène, le cristal monoatomique de carbone où les électrons se déplacent comme si ils étaient sans masse. Les expériences faites dans cette thèse peuvent être classifiées en deux régimes, un régime macroscopique où la longueur de cohérence de phase est plus petite que la taille de l'échantillon et un régime mésoscopique où les paquets d'onde des électrons interfèrent. Dans le régime macroscopique, on a réalisé des expériences qui ont permis d'élucider la nature des impuretés dans le graphène. Des mesures de magnétorésistance ont permis de déduire les temps de collision caractéristiques dans le graphène. La dépendance en fonction du vecteur d'onde de Fermi permet de conclure que les principaux centres diffuseurs du graphène sont des impuretés neutres, fortes et de courte portée avec pour possibles candidats les ad-atomes ou les lacunes. Dans le régime mésoscopique, nous nous sommes intéressés aux fluctuations universelles de la conductance, la signature la plus importante du transport cohérent. Les fonctions de corrélation de ces fluctuations ont permis de mettre en évidence des fortes différences entre la physique de la monocouche de graphène et la bicouche de graphène. On a aussi observé que l'amplitude des fluctuations en fonction de l'énergie varie avec le vecteur d'onde de Fermi. Cette variation est similaire dans les deux systèmes. Finalement, on a étudié l'effet de proximité avec un supraconducteur, qui tient également compte du transport cohérent. Par des méthodes de recuit à fort courant, un supercourant a été induit de façon progressive dans le graphèneThis thesis studies some aspects of quantum electronic transport in graphene, the two dimensional crystal made of carbon where conduction electrons behave as massless relativistic particles. Experiments done in this thesis can be classified in two different regimes, a macroscopic regime where there is no quantum interference effects between electrons (the phase coherence length is smaller than the size of the sample) and a mesoscopic regime, where electron's wave packets interfere. In the macroscopic regime, we have made experiments that led us conclude the nature of impurities that limit transport in graphene. With magnetoresistance measurements, we could deduce the characteristic scattering times in graphene. Their dependence on the Fermi wavelength let us conclude that the main scatterers in graphene are neutral strong short range impurities possibly ad-atoms or vacancies. In the mesoscopic regime, we were interested in universal conductance fluctuations, the most important signature of coherent transport in a system. Correlation functions of the conductance fluctuations show us the strong differences between the physics of the monolayer and the bilayer graphene. We found that the amplitude of fluctuations vary in a similar way in both systems as a function of the Fermi vector. Finally, we studied the superconducting proximity effect with a superconductor, which is also signature of coherent transport. Using a current annealing technique, we induced a supercurrent progressively in graphene
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Thibierge, Étienne. "Cohérence à un et deux électrons en optique quantique électronique." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL0998/document.
Full textAbstract:
Cette thèse se place dans le domaine du transport quantique cohérent, et vise à développer un formalisme adapté à la modélisation d'expériences réalisées dans les canaux de bord de l'effet Hall quantique entier. Ce formalisme repose sur les analogies entre ces expériences et celles de l'optique quantique photonique.Le manuscrit commence par une introduction au contexte de la thèse qui propose un tour d'horizon des enjeux, des outils et des succès de l'optique quantique électronique.La première partie du travail traite des propriétés de cohérence mono-électronique et introduit la notion clé d'excès de cohérence à un électron. Plusieurs représentations sont proposées et analysées, permettant d’accéder aux informations physiques contenues dans la fonction de cohérence. Les états émis par des sources à électrons utilisées par plusieurs groupes expérimentaux sont ensuite analysés sous cet angle.Les effets à deux électrons sont au cœur de la seconde partie. L'excès de cohérence à deux électrons est défini en prenant en compte les effets de corrélation classique et d'échange quantique. Les conséquences de l'anti-symétrie fermionique sont également analysées en détail, montrant une redondance dans les informations encodées dans la cohérence à deux électrons. Enfin, un degré de cohérence normalisé est introduit pour étudier plus directement les effets d'indiscernabilité et d'anti-bunching.La mesure et la manipulation de la cohérence électronique par interférométrie sont abordées dans la troisième partie. Dans un premier temps, le lien entre les fonctions de cohérence électronique et les quantités directement accessibles dans les expériences est établi, ce qui justifie le besoin de protocoles plus complexes. La mesure d'excès de cohérence à un électron est alors envisagée par interférométrie Mach-Zehnder à un électron, puis par interférométrie Hong-Ou-Mandel à deux électrons, ce qui suggère une interprétation plus simple d'un protocole de tomographie électronique établi en 2011. Un protocole de mesure de l'excès de cohérence à deux électrons est ensuite proposé par interférométrie de type Franson, étendant les idées relatives à la mesure de cohérence à un électron par un interféromètre de Mach-Zehnder. Enfin, une vision complémentaire est apportée sur l'interféromètre de Franson, en utilisant celui-ci cette fois pour générer une cohérence à deux électrons non localeThis thesis deals with coherent quantum transport and aims at developing a formalism well suited to model experiments conducted in edge channels of integer quantum Hall effect. This formalism relies on analogies between these experiments and photon quantum optics ones.The manuscript begins with an introduction to the context of the thesis and an overview of issues, tools and successes of electron quantum optics.The first part of the work addresses the question of single electron coherence properties and introduces the key notion of excess of single electron coherence. Several representations are proposed and analyzed, giving access to physical informations encoded in the coherence function. The quantum states emitted by experimentally demonstrated electron sources are then analyzed under this perspective.Two electron effects are at the heart of the second part. The excess of two-electron coherence is defined taking into account both classical correction and quantum exchange effects. A detailed analysis of consequences of fermionic anti-symmetry is provided and shows that information encoded into two-electron coherence is redundant. Last, a normalized degree of coherence is introduced in view of a more direct study of indistinguishability and anti-bunching.The issue of measuring and manipulating electronic coherence by interferometry is addressed in the third part. First the relation between electronic coherence functions and directly measurable quantities in experiments is established, justifying the need for more involved measurement protocols. The measure of the excess of single electron coherence is envisioned through single electron Mach-Zehnder interferometry and two-electron Hong-Ou-Mandel interferometry, suggesting a simpler interpretation of a tomography protocol established in 2011. A protocol for measuring the excess of two-electron coherence is then proposed by Franson-like interferometry, which generalizes the ideas used for measuring single electron coherence with a Mach-Zehnder interferometer. Last, a complementary point of view on Franson interferometer is given, by using it to generate a non-local two-electron coherence
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Galvani, Benoit. "Modélisation du transport électronique quantique : effet du confinement et des collisions dans les cellules solaires." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0402.
Full textAbstract:
La limite de Shockley-Queisser représente le compromis entre la non-exploitation des photons d’énergie insuffisante et les pertes par thermalisation des porteurs photo-générés à hautes énergies. Il existe des dispositifs photovoltaïques permettant de dépasser cette limite, basés sur les propriétés quantiques des porteurs et de leur transport. La compréhension des phénomènes physiques quantiques est essentiel pour l’élaboration de nouvelles solutions. L’objectif de cette thèse consiste à réaliser une étude numérique des effets liés au confinement et aux collisions dans des cellules solaires. Dans une première partie consacrée au modèle théorique implémenté, nous détaillons le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre et son utilisation dans le cadre de notre étude. Nous proposons un modèle numérique permettant de prendre en compte les interactions electron-phonon et électron-photon au moyen de self-energies. Les deux parties suivantes présentent l'application du formalisme dans le cas de deux dispositifs. Le premier système est une cellule à base de puits quantiques. Le calcul de la densité d’états locale a permis de mettre en évidence le phénomène de minibandes survenant dans les systèmes périodiques quantiques. Le second système est une cellule à base de matériaux pérovskites hybrides. Déjà utilisé pour la conception de cellules tandem, il subsiste toutefois des incertitudes concernant les mécanismes de transport des porteurs dans de tels matériaux hybrides. Notre travail a permis d’apporter des éléments de compréhension sur les effets de l’interaction électron-phonon dans ce matériau, notamment sur les caractéristiques optiques et électriques du dispositifThe Shockley-Queisser limit represents the compromise between the non-exploitation of low energy photons andthe thermalization losses of high-energy photo-generated carriers. There are devices that can overcome this limit, based on the quantum properties and transport of carriers. The understanding of the physical phenomena occurring at these nanoscales is a key component to the development of new solutions. The goal of this thesis is to conduct a numerical study of the effects of confinement and scattering in solar cells. In a first part dedicated to the theoretical model, we detail the non-equilibrium Green’s functions formalism and its use in the context of our study. We give details on the numerical model of electron-phonon and electron-photon scatterings with interaction self-energies. The two following parts show examples of application of the Green’s function formalism in the case of two devices. The first system is a multi quantum wells solar cell. Calculations of the local density of states permit to highlight the phenomenon of minibands occurring in such quantum periodic systems. The second system is a solar cell based on perovskite hydrid materials. Already used for the design of tandem cells, there is still uncertainties concerning carrier transport mechanisms in such organic-inorganic materials. Our work has provided information about the effects of electron-phonon scattering in such materials, in particular on the opti-cal and electrical characteristics of the device
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Ronetti, Flavio. "Charge and heat transport in topological systems." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0541.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, j'adresse le sujet fascinant et attirant du transport de charge électrique et de chaleur dans les systèmes Hall quantiques, qui sont parmi l'exemple le plus célèbre des phases topologiques de la matière, en présence de potentiels électriques dépendantes du temps. L'effet Hall se produit dans des systèmes électroniques bidimensionnels dans la limite de forts champs magnétiques perpendiculaires. Le cachet de systèmes de Hall quantiques est l'apparition d'états de bord métalliques unidimensionnels sur les frontières du système.La longueur de cohérence assurée par la protection topologique garantit d’avoir accès à la nature ondulatoire des électrons. Ces propriétés ont inspiré un nouveau domaine de la recherche, connu comme la l'optique quantique électronique. Une source d’électrons individuels peut être réalisée en s'appliquant à un système de Hall quantique impulsions Lorentzian. En considérant l'application d'un train périodique d'impulsions Lorentzian à un système Hall quantique, j'examine la densité de charge d'un état composé par beaucoup de levitons dans le régime de Hall quantique fractionnaire, constatant ainsi qu'il est réarrangé dans une configuration réguliere de sommets et des vallées. Alors, j'analyse les propriétés de transport de chaleur des levitons dans les systèmes Hall quantiques, qui représente un nouveau point de vue sur l'optique quantique électronique, étendant et généralisant les résultats obtenus dans le transport de chargeIn this thesis, I address the intriguing and appealing topic of charge and heat transport in quantum Hall systems, which are among the most famous example of topological phases of matter, in presence of external time-dependent voltages. Quantum Hall effect occurs in two-dimensional electron systems in the limit of strong perpendicular magnetic fields. The hallmark of quantum Hall systems is the emergence of one-dimensional metallic edge states on the boundary. Along these edge states particles propagate with a definite direction. The coherence length ensured by topological protection guarantees to access wave-like nature of electrons. This properties inspired a new field of research, known as electron quantum optic. Single-electron source can be realized by applying to a quantum Hall system a periodic train of Lorentzian-shaped pulses.Plateaus of the Hall resistance appear also at fractional values of the resistance quantum. The physical explanation of fractional quantum Hall effect cannot neglect the correlation between electrons and this phase of matter is inherently strongly-correlated. By considering the application of a periodic train of Lorentzian pulses to a quantum Hall system, I investigate the charge density of a state composed by many levitons in the fractional quantum Hall regime, thus finding that it is re-arranged into a regular pattern of peaks and valleys, reminiscent of Wigner crystallization in strongly-interacting electronic systems. Then, I analyze heat transport properties of levitons in quantum Hall systems, which represent a new point of view on electron quantum optics, extending and generalizing the results obtained in the charge domain
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Delga, Alexandre. "Du phénomène quantique au dispositif macroscopique, transport électronique dans les détecteurs inter-sousbandes." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769454.
Full textAbstract:
Les détecteurs à cascade quantique (QCD) sont des composants semi-conducteurs, dans lesquels l'absorption de la lumière dans des puits quantiques de quelques nanomètres de large, à des temps caractéristiques de la picoseconde, permet de réaliser des caméras infrarouges de haute performance. L'enjeu de l'étude du transport électronique dans ces structures consiste à organiser le continuum d'échelles spatiales et temporelles qui relient le phénomène microscopique au dispositif macroscopique. Dans ces travaux de thèse, nous avons montré en particulier que pour modéliser le signal (courant et réponse) dans ces détecteurs, il est nécessaire d'articuler correctement les temps de cohérence quantique et les temps de diffusion semi-classique. Pour comprendre l'origine du bruit, il s'agit de voir que les contributions thermique et de grenaille, usuellement considérées comme indépendantes, ne sont que les deux limites aux temps courts et aux temps longs de la diffusion aléatoire de charges quantifiées. Cette description complète de la physique de ces détecteurs a permis dans un dernier temps de dégager les potentialités principales de cette filière technologique.
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Ronetti, Flavio. "Charge and heat transport in topological systems." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0541/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, j'adresse le sujet fascinant et attirant du transport de charge électrique et de chaleur dans les systèmes Hall quantiques, qui sont parmi l'exemple le plus célèbre des phases topologiques de la matière, en présence de potentiels électriques dépendantes du temps. L'effet Hall se produit dans des systèmes électroniques bidimensionnels dans la limite de forts champs magnétiques perpendiculaires. Le cachet de systèmes de Hall quantiques est l'apparition d'états de bord métalliques unidimensionnels sur les frontières du système.La longueur de cohérence assurée par la protection topologique garantit d’avoir accès à la nature ondulatoire des électrons. Ces propriétés ont inspiré un nouveau domaine de la recherche, connu comme la l'optique quantique électronique. Une source d’électrons individuels peut être réalisée en s'appliquant à un système de Hall quantique impulsions Lorentzian. En considérant l'application d'un train périodique d'impulsions Lorentzian à un système Hall quantique, j'examine la densité de charge d'un état composé par beaucoup de levitons dans le régime de Hall quantique fractionnaire, constatant ainsi qu'il est réarrangé dans une configuration réguliere de sommets et des vallées. Alors, j'analyse les propriétés de transport de chaleur des levitons dans les systèmes Hall quantiques, qui représente un nouveau point de vue sur l'optique quantique électronique, étendant et généralisant les résultats obtenus dans le transport de chargeIn this thesis, I address the intriguing and appealing topic of charge and heat transport in quantum Hall systems, which are among the most famous example of topological phases of matter, in presence of external time-dependent voltages. Quantum Hall effect occurs in two-dimensional electron systems in the limit of strong perpendicular magnetic fields. The hallmark of quantum Hall systems is the emergence of one-dimensional metallic edge states on the boundary. Along these edge states particles propagate with a definite direction. The coherence length ensured by topological protection guarantees to access wave-like nature of electrons. This properties inspired a new field of research, known as electron quantum optic. Single-electron source can be realized by applying to a quantum Hall system a periodic train of Lorentzian-shaped pulses.Plateaus of the Hall resistance appear also at fractional values of the resistance quantum. The physical explanation of fractional quantum Hall effect cannot neglect the correlation between electrons and this phase of matter is inherently strongly-correlated. By considering the application of a periodic train of Lorentzian pulses to a quantum Hall system, I investigate the charge density of a state composed by many levitons in the fractional quantum Hall regime, thus finding that it is re-arranged into a regular pattern of peaks and valleys, reminiscent of Wigner crystallization in strongly-interacting electronic systems. Then, I analyze heat transport properties of levitons in quantum Hall systems, which represent a new point of view on electron quantum optics, extending and generalizing the results obtained in the charge domain
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Lucot, Damien. "Propriétés de transport électronique de nanofils supraconducteurs électrodéposés." Reims, 2007. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000529.pdf.
Full textAbstract:
Dans le cas des supraconducteurs unidimensionnels (1D), la conservation du paramètre d'ordre supraconducteur sur de grandes distances n'est plus possible. Les fluctuations de ce paramètre d'ordre induisent alors des phénomènes résistifs hors équilibre qui se traduisent par la formation de "phase-slip center" (PSC). L'étude de tels systèmes supraconducteurs hors équilibre est très intéressante, tant sur le plan expérimental que théorique. Cela permet d'obtenir des informations sur la dynamique de la supraconductivité, et plus généralement sur les mécanismes de décohérence quantique. Dans ce contexte, les fils supraconducteur 1D suscitent un fort intérêt. Une voie élégante pour élaborer de tels nanofils consiste à utiliser des milieux nanoporeux dont les pores cylindriques sont remplis par dépôt électrolytique. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les propriétés de transport de ces nanofils supraconducteurs électrodéposés. La lithographie électronique a été utilisée pour poser plusieurs contacts électriques le long d’un nanofil, permettant ainsi de sonder localement, sur quelques centaines de nanomètres, les propriétés électriques de ce fil. Des mesures jusqu'à 30 mK sur des nanofils d'étain de 50 nm de diamètre ont montrés des PSCs et un effet Meissner incomplet. Par ailleurs, nous avons montré l'impact de l'effet de proximité inverse induit par des électrodes normales sur le paramètre d'ordre supraconducteur du fil. Ce qui a permis de mettre en évidence deux régimes différents de relaxation des quasi-particules. De plus, ce couplage avec un environnement dissipatif semble permettre la stabilisation de la supraconductivité dans un fil 1D de longueur finieIn one-dimensional (1D) superconducting systems, any long-range order is impossible. Superconducting order parameter fluctuations destroy the zero resistance state and induce a non-equilibrium phenomenon which leads to the successive nucleation of phase-slip-center (PSC). Study of such superconducting systems is of importance not only for dynamical properties of 1D superconductivity, but also for understanding the decoherence mechanisms of quantum systems due to interaction with their environment. In this context, superconducting nanowires attract a lot of attention due to their fundamental properties as well as their potential applications in nanotechnologies. An elegant approach to fabricate those kind of nanowires, consists in the use of track-etched polymer membranes as a template for electrodeposition. In this work, we studied transport properties of single superconducting nanowire. Electronic lithography has been used to realise several electrical contacts along isolated nanowires spread over a substrate. This allows one to locally probe the electrochemical potential of wires, over a length of several hundreds of nanometers. Multiprobes measurements of a 50nm diameter tin wire, at 30 mK, show PSCs and incomplete Meissner effect. This geometry allows us to precisely study the evolution of PSCs under magnetic field. In addition, one could show the impact of the inverse proximity effect induced by normal electrodes on superconducting order parameter. We highlight two different modes of quasiparticle relaxation. Moreover one observed that coupling with a dissipative environment allowed the stabilization of superconductivity in a 1D finite wire
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Park, Jejune. "Simulation quantique du transport électronique dans les dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels désordonnés." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT008.
Full textAbstract:
La découverte du graphène en 2004 a suscité un grand intérêt pour les matériaux bidimensionnels (2D). En particulier, ces dernières années, les matériaux 2D semi-conducteurs sont à l'honneur pour leur utilisation potentielle en électronique et optoélectronique. Du point de vue des transistors à effet de champ, leur épaisseur atomique permet un contrôle électrostatique amélioré et leur surface auto-passivée réduit le risque potentiel de pièges de charge. De façon plus importante encore, contrairement au graphène qui est semi-métallique, la présence de la bande interdite dans les TMDs permet un rapport entre courants à l’état passant et à l’état bloqué élevé dans les dispositifs logiques. Parmi ces matériaux semi-conducteurs, les dichalcogénures de métaux de transition (TMDs), avec leur grande variété de bandes interdites et d'alignements de bandes, ont attiré une attention particulière pour leur possible utilisation dans les transistors, à la fois comme matériaux monocouches ou combinés dans des hétérostructures van der Waals. Pour de telles applications, la qualité des TMDs est une priorité, car la présence de défauts peut affecter de manière significative le transport d'électrons, conduisant ainsi à une dégradation des performances.La présente thèse rend compte de l'impact de divers défauts, qui sont souvent observés dans des échantillons expérimentaux, sur les propriétés de transport des TMDs. L’étude est basée sur des simulations de transport quantique, qui combinent une description atomistique de type liaisons fortes du système et le formalisme de la fonction de Green.La première partie de la thèse présente brièvement les matériaux 2D, y compris leurs propriétés, leur synthèse et leurs applications. Les bases de la méthode de simulation sont également détaillées. En particulier, une revue exhaustive des modèles hamiltoniens pour les TMDs, avec un accent particulier sur les méthodes des liaisons fortes, est présentée. De plus, le formalisme de la fonction de Green, qui est la méthodologie adoptée pour les simulations de transport quantique effectuées dans la présente thèse, est brièvement passé en revue.Dans la deuxième partie de la thèse, deux types de défauts typiques des TMDs sont simulés et les résultats physiquement interprétés. La première étude concerne la rugosité des bords des rubans MoS2, qui jouent un rôle important dans la miniaturisation des transistors à base de TMDs. La deuxième étude se concentre sur les joints de grains de type mirror-twin, qui sont souvent présents dans le MoS2 polycristallin obtenu par des approches de synthèse à grande échelle, comme le dépôt chimique en phase vapeur ou l'épitaxie par faisceau moléculaire. Le rôle du couplage spin-orbite, qui est important dans les TMDs, est également pris en compte. Les résultats de ces études sont analysés quantitativement en termes de régimes de transport quasi balistique, diffusif et localisé.Les principaux résultats de cette thèse sont une meilleure compréhension et prédiction de l'impact des défauts sur les propriétés de transport des TMDs, avec une application possible dans la conception de dispositifs performants basés sur les TMDsThe discovery of graphene in 2004 has inspired a great interest in two-dimensional (2D) materials. In recent years, semiconducting 2D materials, in particular, are in the limelight for their potential use in electronics and optoelectronics. From the perspective of metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, their atomic thickness allows an enhanced electrostatic control and their self-passivated surface reduces the potential presence of charge traps. Most importantly, the presence of a bandgap, contrary to graphene, facilitates a high on/off ratio in logic devices. Among these semiconducting materials, transition metal dichalcogenides (TMDs), with their large variety of band alignments and bandgaps, have attracted great attention for their possible use in transistors, both as monolayer materials or combined in van der Waals heterostructures. For such applications, the TMD quality is a priority, since the presence of defects might significantly affect electron transport thus leading to performance degradation.The present thesis reports on the impact of various defects, which are often observed in experimental samples, on the transport properties of TMDs. The study is based on quantum transport simulations, which combine an atomistic tight-binding description of the system and the Green’s function formalism.The first part of the thesis briefly introduces 2D materials, including their properties, synthesis, and applications. The basics of the simulation approach are also detailed. In particular, a thorough review of model Hamiltonians for TMDs, with a specific focus on tight-binding models, is presented. Moreover, the Green’s function formalism, which is the methodology adopted for the quantum transport simulations performed in the present thesis, is briefly reviewed.In the second part of the thesis, two types of typical TMD defects are simulated, and the results physically interpreted.The first study concerns edge roughness in MoS2 ribbons, which play an important role in the miniaturization of TMD-based transistors. The second study focuses on twin grain boundaries, which are often present in polycrystalline MoS2 obtained by large-scaling synthesis approaches, as chemical vapor deposition or molecular beam epitaxy. The role of spin-orbit coupling, which is significantly large in TMDs, is also taken into account. The results of these studies are quantitatively analyzed in terms of quasi-ballistic, diffusive, and localized transport regimes.The main outcome of this thesis is a better understanding and prediction of the impact of defects on the transport properties of TMDs, with possible applications in the design of performant TMD-based devices
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Savio, Andrea. "Développement de modèles physiques et numériques pour le transport quantique dans les nanocomposants." Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0116/these.pdf.
Full textAbstract:
Le développement de modèles quantiques est fondamental pour accompagner, à l'aide d'outils de simulation, la miniaturisation des dispositifs électroniques. Ces modèles permettent de mieux comprendre et analyser les phénomènes parasites qui affectent les dispositifs actuels, mais aussi de développer des dispositifs quantiques qui exploitent ces mêmes phénomènes de façon contrôlée. Ce travail est basé sur l'étude approfondie de l'un de ces modèles, à savoir l'équation de transport de Wigner. Cette équation est résolue ici sur des structures ID représentatives, à l'aide de schémas numériques déterministes, dans les espaces réel et réciproque. Les artefacts numériques qui apparaissent sont analysés en confrontant les solutions ainsi obtenues à celles qui peuvent être reconstruites à partir des fonctions d'onde calculées de l'équation de Schrödinger. Ce travail apporte ainsi des réponses aux questions, souvent éludées dans la littérature, relatives à la précision des résultats de simulationAs electronic devices are miniaturized ever further, simulation software needs to implement quantum transport models in order to remain accurate. As these models are applied to simulations, it becomes possible to characterize the quantum parasitic phenomena that affect current-generation devices, as well as to engineer new devices that can control and exploit these phenomena. This work is a thorough study of one of such models, namely the Wigner transport equation. Here, this equation is applied to ID structures and solved in the real and reciprocal spaces using a variety of numerical deterministic schemes. A number of numerical artifacts are th us observed. They are studied further by comparing the solution of the Wigner equation to a reference distribution function that is computed from the Schrödinger equation. This work thus investigates the accuracy of simulations based on the Wigner equation, which is a topic that is often eluded in the relevant literature
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Debbichi, Lamjed. "Etude ab-initio des propriétés électroniques, optiques et du transport électronique dans les nanotubes de carbone." Strasbourg, 2010. http://www.theses.fr/2010STRA6231.
Full textAbstract:
Ce travail a pour objectif la compréhension des effets des impuretés sur les propriétés électroniques et de transport électronique des nanotubes de carbones monoparois. Dans la première partie nous avons étudié l'effet du dopage substitutionnel par des atomes de bore, d’azote ou de silicium sur la structure électronique des nanotubes de carbone pour différents diamètres, dans le but de déterminer la dépendance de la réactivité chimique en fonction de la courbure des nanotubes. Puis nous avons étudié la distribution des impuretés en fonction de la chiralité des nanotubes, et le comportement des spectres optiques en fonction du diamètre et de la chiralité des nanotubes en présence d’impuretés. Dans la deuxième partie, nous avons utilisé le formalisme de la fonction de Green hors-équilibre pour mieux comprendre les propriétés de transport électronique des nanotubes de carbone. Il s’agit de calculer la conductance électrique d’un nanotube dans lequel est insérée, ou sur lequel est adsorbée, une molécule organique. Pour déterminer l’adsorption de la molécule sur la surface du nanotube, nous avons calculé l’énergie totale en tenant compte des forces de dispersion de van der Waals. Nous avons également étudié l’effet des liaisons chimiques polarisées en spins à l’interface des jonctions Fe(100)- nanotube par contact direct sur les propriétés de conduction des nanotubes zigzag et armchair de différentes taillesThe objective of this work is to understand the effects of impurities on the electronic and transport properties of single wall carbon nanotubes. In the first part, we studied the effect of substitutional doping by boron, nitrogen or silicon atoms on the electronic structure of carbon nanotubes for different diameters in order to determine the chemical reactivity as a function of the nanotube curvature. We then studied the impurity distribution as a function of the nanotube chirality and the behavior of the optical spectra as a function of the diameter and the chirality of the nanotubes and as a function of the impurity distribution. In a second part, we used the nonequilibrium Green’s function to understand the electronic transport of carbon nanotubes. This is to calculate the electric conductance of a single nanotube in which an organic molecule is either inserted or adsorbed on its surface. To determine the adsorption of the molecule we calculated the total energy, taking into account the dispersive forces of van der Waals. We also studied the effect of spin polarized chemical bonding at the interface of the Fe(001)-nanotube direct junctions on the electronic transport of zigzag and armchair nanotubes of different sizes
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Darancet, Pierre. "Théorie et simulation du transport quantique dans les nanostructures." Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://www.theses.fr/2008GRE10261.
Full textAbstract:
Ce travail théorique est consacré à l'étude du transport électronique dans les nanostructures. Nous nous sommes placés dans le cadre des approches de Landauer et post-Landauer. Dans celles-ci, la bonne description du problème de transport réside dans le calcul des self-énergies, censées décrire les effets de résistance de contact ainsi que les interations dans le dispositif. Dans ce travail, nous nous sommes tour à tour intéressés à ces deux aspects. Afin de décrire les mécanismes de résistance de contact, nous avons développé une méthode basée sur la notion de canaux effectifs de conduction. Le calcul de ces canaux par récursion matricielle, associé à la dérivation d'une nouvelle formule de la conductance, permet la détermination exacte des effets des contacts. Nous avons de plus mis au point une méthodologie \textit{ab initio}, permettant d'inclure les interactions électron-électron dans le transport quantique, au travers de l'approximation d'Hedin sur la self-énergie. La seconde partie de ce travail porte sur l'analyse des propriétés de transport du graphène. Nous avons tout d'abord expliqué les caractéristiques expérimentales de magnéto-résistance du graphène épitaxié par un mécanisme consécutif à la juxtaposition de plans. Enfin, nous avons calculé la conductance de dispositifs composés de nanostructures de graphène. Nous avons montré que de telles structures présentent de forts effets de résistance de contact, pouvant s'interpréter en termes de diffraction d'électrons. Nous avons alors introduit la notion de barrière de diffraction, qui permet d'extraire les caractéristiques de conductance, sans procéder à un calcul de structure électroniqueThis theoretical work focuses on the electronic quantum transport in nanostructures. We used the theoretical framework of the Landauer and post-Landauer approaches. The critical point within these approaches in order to correctly describe the transport problem is the approximation on the self-energies, which are supposed to represent simultaneously contact resistance effects as well as interactions in the device. In this work, we adressed both these issues. In order to describe the contact resistance mechanisms, we developped a method based on the effective conductance channels concept. The recursive calculation of these channels, together with the derivation of a new formula of the conductance, provide us with an exact description of the contact effects. Moreover, we built a new \textit{ab initio} methodology, which allows us to introduce the electron-electron interactions in the quantum transport through the Hedin's approximation of the self-energy. The second part of this work deals with the analysis of the transport properties of graphene. We firstly analysed the experimental magneto-resistance characteristics of epitaxial graphene, and explained them by a mechanism consecutive to the planes stacking. Eventually, we calculated the conductance characteristics of devices compound by graphene nanostructures. We shown that such devices exhibit very high contact resistance effects, which can be explained by means of electron diffraction. We introduced the electronic diffraction barrier concept, which allows us to extract conductance characteristics, without determining the electronic structure
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Darancet, Pierre. "Théorie et simulation du transport quantique dans les nanostructures." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00363630.
Full textAbstract:
Ce travail théorique est consacré à l'étude du transport électronique dans les nanostructures. Nous nous sommes placés dans le cadre des approches de Landauer et post-Landauer. Dans celles-ci, la bonne description du problème de transport réside dans le calcul des self-énergies, censées décrire les effets de résistance de contact ainsi que les interations dans le dispositif. Dans ce travail, nous nous sommes tour à tour intéressés à ces deux aspects. Afin de décrire les mécanismes de résistance de contact, nous avons développé une méthode basée sur la notion de canaux effectifs de conduction. Le calcul de ces canaux par récursion matricielle, associé à la dérivation d'une nouvelle formule de la conductance, permet la détermination exacte des effets des contacts. Nous avons de plus mis au point une méthodologie \textit{ab initio}, permettant d'inclure les interactions électron-électron dans le transport quantique, au travers de l'approximation $GW$ d'Hedin sur la self-énergie. La seconde partie de ce travail porte sur l'analyse des propriétés de transport du graphène. Nous avons tout d'abord expliqué les caractéristiques expérimentales de magnéto-résistance du graphène épitaxié par un mécanisme consécutif à la juxtaposition de plans. Enfin, nous avons calculé la conductance de dispositifs composés de nanostructures de graphène. Nous avons montré que de telles structures présentent de forts effets de résistance de contact, pouvant s'interpréter en termes de diffraction d'électrons. Nous avons alors introduit la notion de barrière de diffraction, qui permet d'extraire les caractéristiques de conductance, sans procéder à un calcul de structure électronique.
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Moreira, Helena. "Confinement quantique dans les nanocristaux supraconducteurs et transport électronique dans les réseaux de nanocristaux métalliques." Phd thesis, Paris 6, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00566233.
Full textAbstract:
Une première partie de ce travail de thèse consiste au développement d'une nouvelle synthèse chimique de nanocristaux supraconducteurs de plomb ayant la particularité de produire de grandes quantités de nanocristaux monodisperses. Cette synthèse nous permet de réaliser des mesures précises des propriétés thermodynamiques supraconductrices en fonction de la taille des nanocristaux. Nous présentons des mesures de susceptibilité magnétique de ces nanocristaux afin d'analyser l'amplitude de l'effet Meissner en fonction de la taille des particules. Pour des tailles de nanoparticules de plomb comprises entre 10 et 30 nm, nous avons trouvé que l'amplitude de l'effet Meissner est plus faible de plusieurs ordres de grandeurs que prédite par la théorie de Ginzburg-Landau. Nous avons aussi trouvé que cet effet est totalement supprimé pour des particules de diamètres inférieurs à 16 nm lorsque le spectre électronique devient discret. Ce résultat montre que les effets du confinement quantique altèrent l'état superfluide même pour des tailles supérieures à la taille déterminée par le critère d'Anderson. Ce critère contrôle l'existence des paires de Cooper dans le nanocristal. Dans une seconde partie de cette thèse, nous présentons une étude du transport électronique dans des réseaux de nanocristaux d'or réalisés par la technique de Langmuir. Nous présentons l'évolution des propriétés de conduction électrique et optique de ces réseaux avec le couplage des nanocristaux par des molécules alcanedithiols. Nous montrons que la conductivité du réseau augmente fortement pour de petites chaînes alcanes sans pour autant conduire à un état métallique. Aux basses températures de l'Hélium liquide, les caractéristiques courant-tension mesurées sur ces réseaux montrent un comportement non-linéaire et exhibent une tension seuil VT pour l'établissement d'un courant électronique dans le réseau. Nous analysons ce comportement caractéristique du transport dans un réseau avec blocage de Coulomb avec le modèle de Middleton et Wingreen, lequel identifie le passage du régime isolant au régime conducteur à une transition du second ordre. Au voisinage du point critique VT, on observe que la loi reliant le courant à la tension appliquée suit la relation attendue théoriquement. La valeur de l'exposant trouvé suggère que le transport est dominé par des mécanismes de co-tunneling.
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Santin, Matthieu. "Dynamique quantique dans des conducteurs balistiques et cohérents : interrupteur quantique et transport photo-assisté." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS169.
Full textAbstract:
La compréhension de la dynamique du transport électronique dans des conducteurs balistiques et cohérents est indispensable à la réalisation d’expériences d’optique électronique ou de calcul quantique à partir de « flying qu-bits ». La première étape est de pouvoir injecter en régime d’effet Hall quantique un électron dans la mer de Fermi sans excitation supplémentaire : un léviton, dont les propriétés remarquables ont été expérimentalement démontrées sans champ magnétique [1], ainsi que contrôler sa trajectoire à l’aide d’interrupteurs quantiques. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé l’étape préliminaire qui valide la possibilité de créer des lévitons en régime d’effet Hall Quantique : cela consiste à démontrer la validité de la théorie de bruit photo-assisté dans ce régime, en utilisant une excitation sinusoïdale et monochromatique, plus simple et plus contrôlée, que celle conduisant aux lévitons. En outre, nous avons étudié lors de la thèse le phénomène physiquement relié de l’interrupteur quantique élémentaire, qui est l’ouverture et la fermeture très soudaine d’un canal de conduction élémentaire. Ce phénomène, qui pose la question fondamentale « Que se passe-t-il lorsque que la mer de Fermi est spatialement coupée en deux ? », génère un bruit intrinsèque de charge [2] que nous avons mis en évidence et donne une mesure théorique de l’entropie d’intrication quantique.[1] J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau, and D. C. Glattli. minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons. Nature, 502(7473), October 2013.[2] Israel Klich and Leonid Levitov, Phys. Rev. Lett. 102, 100502 (2009)The study of dynamic electronic transport in ballistic coherent conductor is required for the implementation of electron quantum optics experiments or the quantum computation by using “flying qu-bits”. The first step is to be able to inject in the quantum Hall effect a single electron without any additional excitations in the conductor: a Leviton, whose remarkable properties have been experimentally observed without magnetic field [1], and to control its trajectory thanks to a quantum switch. During this thesis, we confirmed the possibility to implement a leviton in the quantum Hall effect, by demonstrating the validity of the photo-assisted shot-noise theory in this regime: we use a sine excitation which is simpler to implement than a lorentzian excitation required for Levitons. We also studied a new effect described by the photo-assisted theory: a quantum switch, which is the sudden closing and opening of an elementary channel of conduction. This generates an intrinsic charge noise [2] that we have evidenced and enable us to answer the general question: “What are the effects of a spatial separation of the Fermi sea?”. Furthermore, this charge noise provides a theoretical measurement of the entanglement entropy.[1] J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau, and D. C. Glattli. minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons. Nature, 502(7473), October 2013.[2] Israel Klich and Leonid Levitov, Phys. Rev. Lett. 102, 100502 (2009)
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Torrès, Julien. "Transport et bruit quantique dans les fils mésoscopiques." Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007395.
Full textAbstract:
Un conducteur quantique est bien caractérisé par sa conductance donnée par la formule de Landauer. Mais le bruit contient davantage d'informations que la conductance : il mesure les fluctuations temporelles du courant autour de sa valeur moyenne. De plus, le signe des corrélations de bruit est lié à la statistique des porteurs de charge. Dans une jonction entre un métal normal et un supraconducteur, le bruit présente une singularité à la fréquence Josephson, signature de la charge 2e des paires de Cooper impliquées dans le transport. Lorsque la tension appliquée est supérieure au gap du supraconducteur, la courbe du bruit exhibe des singularités à plusieurs fréquences auxquelles on peut associer un processus de réflexion ou de transmission. L'analogue fermionique de l'expérience d'Hanbury-Brown et Twiss avec un supraconducteur permet d'observer à la fois des corrélations positives et négatives dans un même système. Maintenir une différence de potentiel entre les deux extrémités d'un fil crée une situation relevant de la thermodynamique hors de l'équilibre. Formellement, on peut se ramener à un calcul à l'équilibre et écrire une théorie des perturbations grâce à la méthode de Keldysh. La théorie des liquides de Luttinger décrit les systèmes unidimensionnels d'électrons en interaction. Le Hamiltonien peut se mettre sous forme quadratique grâce à la bosonisation. D'autre part, un liquide de Luttinger chiral constitue un bon modèle des états de bord de l'effet Hall quantique fractionnaire. Grâce au formalisme de Keldysh, on peut retrouver une formule de type Schottky et identifier la charge des quasiparticules de Laughlin.
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Mangin, Aurore. "Transport electronique dans des nanocassures pour la réalisation de transistors à molecule unique." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077219.
Full textAbstract:
L'enjeu de l'électronique moléculaire est la connexion de la molécule à un dispositif macroscopique. Le but de cette thèse est d'étudier le transport électronique dans des nanocassures métalliques, structures d'accueil de molécules, puis d'y insérer une molécule pour réaliser un transistor moléculaire. Connaître les propriétés de transport de la structure d'accueil est un point clé pour la fabrication du transistor moléculaire et la compréhension de ses propriétés électroniques. Les nanocassures sont obtenues par électromigration d'un nanofil d'or. Une forte densité de courant entraine le déplacement des atomes d'or et provoque la rupture du nanofil. Le processus d'électromigration contrôlée développé lors de cette thèse est effectué à température ambiante, et permet de limiter les déplacements atomiques afin d'obtenir des coupures de taille nanométrique. L'échantillon est immédiatement refroidi à 4K pour limiter tous processus diffusifs dégradant la nanocassure formée, et il est caractérisé électriquement. L'ajustement des courbes I-V par un modèle tunnel donne les travaux de sortie des électrodes et la distance inter-électrodes, distcince à comparer avec la taille de la molécule. La courbe I-V permet aussi de détecter la présence d'agrégats métalliques piégés entre les électrodes lors de l'électromigration. La dernière étape de la réalisation d'un transistor moléculaire est le dépôt de la molécule. Ce dépôt est effectué in-situ à 4K, sous vide, par sublimation d'une poudre de C60 par effet Joule. Les premiers tests montrent qu'il est possible d'obtenir un tapis de molécules sans dégrader les nanocassuresThe main issue in molecular electronics is Connecting a molecule to a macroscopic device. The goal of this thesis is to study electronic transport in metallic nanogaps, host structures for the molecules and then to insert a molecule to realize a molecular transistor. The knowledge of transport properties of the host structure is a key point for the molecular transistor realization and the understanding of its electronic properties. Nanogaps are obtained by electromigration of a gold nanowire. When a large current density flows through the nanowire, gold atoms start to move, and eventually breaking the nanowire. The controlled electromigration process developed during this thesis is performed at room temperature, and by limiting atomic displacements, one can obtain a nanometric size gap. The sample is then cooled at 4K to limit any diffusion process which could damage the nanogap, and it is electrically characterized. Fitting the I-V curves by a tunneling model allows us to determinate the electrodes work functions and the inter-electrodes distance, distance to be compared to the molecule size. This characterization may also be used to detect the presence of metallic clusters trapped between the electrodes during the electromigration. The last stage of the molecular transistor realization is the insertion of a single molecule in the gap. This is made in-situ at 4K, under vacuum, by sublimation of a C60 powder by Joule effect. The first tests show that it is possible to obtain a laver of molecules without damaging the nanogap
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Adroguer, Pierre. "Propriétés de transport électronique des isolants topologiques." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00832048.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif d'apporter à la physique mésoscopique un éclairage concernant la compréhension des propriétés de transport électroniques d'une classe de matériaux récemment découverts : les isolants topologiques.La première partie de ce manuscrit est une introduction aux isolants topologiques, mettant en partie l'accent sur leurs spécificités par rapport aux isolants "triviaux" : des états de bords hélicaux (dans le cas de l'effet Hall quantique de spin en 2 dimensions) ou de surface relativistes (pour les isolants topologiques tridimensionnels) robustes vis-à-vis du désordre.La deuxième partie propose une sonde de l'hélicité des états de bords de l'effet Hall quantique de spin en étudiant les propriétés remarquables de l'injection de paires de Cooper dans cette phase topologique.La troisième partie étudie la diffusion des états de surface des isolants topologiques tridimensionnels dans le régime cohérent de phase. L'étude de la diffusion, de la correction quantique à la conductance (antilocalisation faible) et de l'amplitude des fluctuations universelles de conductance de fermions de Dirac sans masse est présentée. Cette étude est aussi menée dans la cas d'états de surface dont la surface de Fermi présente la déformation hexagonale observée expérimentalement.
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Ducrocq, Alexandre. "Rôle des instabilités électroniques de dérive dans le transport électronique du propulseur à effet Hall." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002029.
Full textAbstract:
Le propulseur à effet Hall est un moteur à plasma utilisé pour le maintien en orbite et le contrôle d'attitude de satellites, et les petites missions interplanétaires. Son principe est basé sur une configuration de champs électrique et magnétique croisés pour accélérer des ions à hautes vitesses et créer ainsi une poussée. Le confinement des électrons dans une telle configuration, crucial pour son bon fonctionnement, pose le problème théorique de leur transport au travers des lignes de champ magnétique, la diffusion classique due aux collisions électron-neutre étant insuffisante. Ce travail de thèse fait la lumière sur un mécanisme de transport électronique anormal (par opposition à la diffusion classique) par la mise en évidence d'instabilités électroniques de dérive de fréquence 10-40 MHz et de longueurs d'onde de l'ordre du rayon de Larmor électronique (millimétrique) se développant en paquets de modes perpendiculaires au champ magnétique. Ces instabilités, générées par un couplage entre le mouvement cyclotronique des électrons et leur dérive, sont à l'origine d'un processus de diffusion stochastique électronique au travers des lignes de champ magnétique dont les propriétés sont proches de celles attendues dans le cadre du transport anormal.
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Santin, Matthieu. "Dynamique quantique dans des conducteurs balistiques et cohérents : interrupteur quantique et transport photo-assisté." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS169/document.
Full textAbstract:
La compréhension de la dynamique du transport électronique dans des conducteurs balistiques et cohérents est indispensable à la réalisation d’expériences d’optique électronique ou de calcul quantique à partir de « flying qu-bits ». La première étape est de pouvoir injecter en régime d’effet Hall quantique un électron dans la mer de Fermi sans excitation supplémentaire : un léviton, dont les propriétés remarquables ont été expérimentalement démontrées sans champ magnétique [1], ainsi que contrôler sa trajectoire à l’aide d’interrupteurs quantiques. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé l’étape préliminaire qui valide la possibilité de créer des lévitons en régime d’effet Hall Quantique : cela consiste à démontrer la validité de la théorie de bruit photo-assisté dans ce régime, en utilisant une excitation sinusoïdale et monochromatique, plus simple et plus contrôlée, que celle conduisant aux lévitons. En outre, nous avons étudié lors de la thèse le phénomène physiquement relié de l’interrupteur quantique élémentaire, qui est l’ouverture et la fermeture très soudaine d’un canal de conduction élémentaire. Ce phénomène, qui pose la question fondamentale « Que se passe-t-il lorsque que la mer de Fermi est spatialement coupée en deux ? », génère un bruit intrinsèque de charge [2] que nous avons mis en évidence et donne une mesure théorique de l’entropie d’intrication quantique.[1] J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau, and D. C. Glattli. minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons. Nature, 502(7473), October 2013.[2] Israel Klich and Leonid Levitov, Phys. Rev. Lett. 102, 100502 (2009)The study of dynamic electronic transport in ballistic coherent conductor is required for the implementation of electron quantum optics experiments or the quantum computation by using “flying qu-bits”. The first step is to be able to inject in the quantum Hall effect a single electron without any additional excitations in the conductor: a Leviton, whose remarkable properties have been experimentally observed without magnetic field [1], and to control its trajectory thanks to a quantum switch. During this thesis, we confirmed the possibility to implement a leviton in the quantum Hall effect, by demonstrating the validity of the photo-assisted shot-noise theory in this regime: we use a sine excitation which is simpler to implement than a lorentzian excitation required for Levitons. We also studied a new effect described by the photo-assisted theory: a quantum switch, which is the sudden closing and opening of an elementary channel of conduction. This generates an intrinsic charge noise [2] that we have evidenced and enable us to answer the general question: “What are the effects of a spatial separation of the Fermi sea?”. Furthermore, this charge noise provides a theoretical measurement of the entanglement entropy.[1] J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau, and D. C. Glattli. minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons. Nature, 502(7473), October 2013.[2] Israel Klich and Leonid Levitov, Phys. Rev. Lett. 102, 100502 (2009)
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Bonnet, Roméo. "Transport de spin dans des Moirés unidimensionnels." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC240/document.
Full textAbstract:
L’électronique de spin tient une place primordiale dans les technologies de l’information. Un exemple flagrant est le disque dur magnétique à haute densité de stockage intégré aujourd’hui dans la plupart des ordinateurs personnels. D’un point de vue fondamental, les opérations de base comme l’injection, la propagation et la détection de l’information de spin restent néanmoins complexes à réaliser. Des plateformes adaptées à la réalisation de ces tâches élémentaires sont très recherchées. Dans ce contexte, les nanomatériaux carbonés sont très prometteurs. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au transport de spin dans des nanotubes de carbone multi-parois présentant des effets de super-réseaux (Moiré 1D). J’ai également étudié la croissance de barrières moléculaires conformationnelles afin d’optimiser l’injection et la détection de l’information de spin. Je présenterai tout d’abord les caractérisations électriques des dispositifs mettant en évidence des effets de Moirés, identifiés grâce aux simulations effectuées par l’équipe de Jean-Christophe Charlier. Je montrerai ensuite comment la croissance de la couche moléculaire influence le transport en formant une barrière d’injection. Finalement, je présenterai les expériences de magnéto-transport dans ces dispositifs hybrides. La magnétorésistance observée semble indiquer un transport de spin efficace sur des distances au moins de l’ordre du micromètre. Je discuterai particulièrement de l’amplitude, du signe et de la dépendance en tension de la magnétorésistance dans le cadre de modèles standards de transport de spinSpin electronics holds a key role in information technology. A glaring example is the high-density magnetic hard disk storage built into most personal computers. From a fundamental point of view, basic operations such as injection, propagation and detection of spin information remain nevertheless complex. Platforms adapted to the realization of these basic tasks are highly sought after. In this context, carbon nanomaterials are very promising. During my thesis, I was interested in the transport of spin in multi-wall carbon nanotubes presenting super-lattice effects (Moiré 1D). I have also studied the growth of conformational molecular barriers in order to optimize injection and detection of spin information. I will present first the electrical characterizations of the devices highlighting the effects of Moirés, identified thanks to the simulations carried out by the team of Jean-Christophe Charlier. I will then show how the growth of the molecular layer influences transport by forming an injection barrier. Finally, I will present the experiments of magneto-transport in these hybrid devices. The observed magnetoresistance seems to indicate efficient spin transport over distances of at least a micrometer. I will discuss in particular the amplitude, the sign and the voltage dependence of the magnetoresistance in the framework of standard models of spin transport
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Capron, Thibaut. "Transport quantique dans les verres de spin." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00686330.
Full textAbstract:
Le verre de spin est une phase de la matière dans laquelle le désordre magnétique est gelé. Étant considéré comme un système modèle des verres en général, il a fait l'objet de nombreux travaux théoriques et expérimentaux. Les recherches ont convergé vers deux principales descriptions de l'état fondamental du système diamétralement opposées. D'une part, la solution " champ-moyen " nécessite une brisure de symétrie non triviale, et l'état fondamental est composé de multiples états organisés en une structure hiérarchique. D'autre part, une approche de " gouttelettes ", fondée sur la dynamique hors-équilibre d'un état fondamental unique. La validation expérimentale d'une de ces deux théories nécessite une observation détaillée de l'échantillon au niveau microscopique. La physique mésoscopique, basée sur les effets d'interférences électroniques, propose un outil unique pour accéder à cette configuration microscopique des impuretés: les fluctuations universelles de conductance. En effet, ces fluctuations représentent une empreinte unique du désordre dans l'échantillon. Ce travail présente la mise en œuvre de mesures de fluctuations de conductance universelles dans les verres de spin. Les effets d'interférences électroniques étant sensibles aux processus de décohérence du verre de spin, ils donnent accès expérimentalement à de nouvelles quantités concernant les excitations du système. La mesure des corrélations entre les empreintes du désordre permet quant à elle d'explorer sous un angle nouveau l'ordre non conventionnel de cet état vitreux.
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Nguyen, Ngoc viet. "Synthèse et transport électronique dans des nanotubes de carbone ultra-propres." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00859810.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit des expériences sur la synthèse de nanotubes de carbone (CNT) mono-paroi, leur intégration dans des dispositifs ultra-propres, ainsi que l'étude de leurs propriétés électroniques par des mesures de transport à très basse température. La première partie de ce travail décrit l'optimisation des paramètres de synthèse par déposition chimique en phase vapeur (CVD) tels que les précurseurs de carbone, les flux de gaz, la température, ou le catalyseur pour la croissance de CNT de très bonne qualité. Parmis tous ces paramètres, la composition du catalyseur joue un rôle decisif pour permettre une croissance sélective en mono-paroi ansi qu'une distribution de faible diamètre. Dans la deuxième partie nous développons la nanofabrication de boites quantiques ultra-propres à base de CNT ainsi que les mesures de transport de ces échantillons à basse température (40 mK). Le spectre de la première couche électronique du nanotube est mesuré par spectroscopie de cotunneling inélastique sous champ magnétique, montrant alors un fort couplage spin-orbite négatif, dans ce système. Nous montrons que la séquence de remplissage d'électrons dans notre cas (ΔSO < 0) est différente de celle que l'on obtiendrait en régime Kondo SU (4) (ΔSO = 0). En effet, un effet Kondo purement orbital est observé pour N =2e à champ magnétique fini. Dans la dernière partie de cette thèse, nous décrivons la mise en œuvre expérimentale d'un évaporateur thermique à aimants à molécule unique (SMM) pour la fabrication future de dispositifs hybrides CNT-SMM ultra-propres.
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Thalineau, Romain. "Qubits de spin : de la manipulation et déplacement d'un spin électronique unique à son utilisation comme détecteur ultra sensible." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00875970.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit une série de travaux réalisés dans le contexte des qubits de spins, allant de l'utilisation de ces qubits pour stocker de l'information à leur utilisation comme détecteurs ultra-sensibles. Nous utilisons des hétérostructures semi-conductrices d'arséniure de gallium dans lesquelles un électron unique peut être isolé au sein d'un piège électrostatique, une boîte quantique. Le spin de cet électron peut être utilisé pour encoder de l'information, et la boîte quantique contenant ce spin unique est alors vue comme un qubit (quantum bit). Au cours de cette thèse nous démontrons la réalisation expérimentale du transport d'un électron unique le long d'un circuit fermé au sein d'un système composé de quatre boîtes quantiques couplées. En considérant l'interaction spin-orbite, cette expérience ouvre la voie vers des manipulations cohérentes de spins utilisant des effets topologiques. Dans le contexte de l'ordinateur quantique et des qubits de spins, nous étudions les portes logiques à deux qubits. Dans le cadre de deux boîtes quantiques couplées par une barrière tunnel, nous démontrons qu'en contrôlant localement le champ magnétique, la porte logique à deux qubits évoluent de la porte SWAP à la porte C-phase. Nous démontrons ainsi la faisabilité d'une porte C-phase. Finalement nous montrons l'utilisation d'un qubit de spin comme un détecteur de charge ultrasensible. Un singlet-triplet qubit est un système quantique qui peut être réglé de manière à être extrêmement sensible à l'environnement électrostatique. Nous démontrons la faisabilité d'un tel détecteur, et nous montrons qu'il peut être utilisé pour détecter un électron unique.
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Lacroix, Antoine. "Modélisation des propriétés électroniques et de transport des pérovskites hybrides." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY056.
Full textAbstract:
Les pérovskites halogénées sont des matériaux très prometteurs dans de nombreux domaines, allant du photovoltaïque à la détection des rayons X. Dans ce contexte nous cherchons à modéliser leur propriétés de structure électronique et de transport, et avons réalisé une étude de la pérovskite MAPbI3 (MAPI). Nous avons donc développé un modèle décrivant le désordre thermodynamique dans MAPI, et approchons le problème de la structure électronique et du transport de manière purement quantique. Ainsi nous déterminons l’impact du désordre sur la structure électronique et le gap semi-conducteur. Nous observons aussi que les phonons longitudinaux optiques limitent les mobilités à des valeurs d’environ 100cm^2/(V.s). De plus les effets de localisation sont forts, même dans les cas avec du désordre thermique uniquement. Dans certain cas avec un désordre supplémentaire, où la mobilité est inférieure à 30cm^2/(V.s), les porteurs de charges sont même pratiquement totalement localisé, mais cette localisation est brisée par la dynamique du réseau. Ce régime est différent des régimes usuels de diffusion de bande ou de diffusion par sauts thermiquement activésHalide perovskites are very promising materials in various domains, ranging from photovoltaic to X-ray detection. In this context, we aim to model their electronic structure and transport properties, and have made a study of the perovskite MAPbI3 (MAPI). We developed a model describing thermodynamical disorder in MAPI et we approach the problem of electronic structure and transport from a purely quantum point of view. We determined the impact of disorder on the electronic structure and the semi-conductor bandgap. We also observe that the optical longitudinal phonons limit the mobilities to values around 100cm^2/(V.s). Furthermore, quantum localisation effects are strong, even in cases with only thermal disorder. In some cases with additional disorder, where the mobility is below 30cm^2/(V.s), the charge carriers are almost totally localized, but this localisation is broken by the lattice’s dynamic. This regime is different from the usual regimes of band diffusion or diffusion via thermally activated hopping
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Jadot, Baptiste. "Coherent long-range transport of entangled electron spins." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY007.
Full textAbstract:
L’informatique quantique est un domaine d’intérêt croissant, notamment à Grenoble avec une concentration exceptionnelle de chercheurs et groupes industriels impliqués dans ce domaine. L’objectif global est de développer un nouveau type de nano-processeur, basé sur des propriétés quantiques. Son bloc élémentaire est un système quantique à deux niveaux (le qubit), dans notre cas le spin d'électrons piégés dans une boîte quantique.Dans la quête d’une architecture à large échelle, un ordinateur quantique en réseau offre un chemin naturel vers l’évolutivité. En effet, séparer le calcul dans des cœurs quantiques interconnectés par des médiateurs quantiques cohérents simplifierai grandement les contraintes d’adressabilité. Ces liens quantiques devraient offrir une connexion rapide et cohérente entre des cœurs arbitraires, permettant de créer un état intriqué utilisant tout le circuit quantique. Dans les circuits quantiques à base de semiconducteurs, l’intrication entre plus proches voisins a déjà été démontrée, et plusieurs méthodes ont été proposées pour réaliser un couplage à distance. Parmi elles, une implémentation possible de ce médiateur quantique consiste à préparer un état intriqué et transférer individuellement des spins électroniques à travers la structure, à condition que ce transfert préserve l’intrication.Dans cette thèse, nous démontrons le transfert rapide et cohérent de qubits de spin électronique à travers un long canal de 6.5 μm, dans une hétérostructure GaAs/AlGaAs. En utilisant le potentiel se propageant avec par une onde acoustique de surface, nous transférons séquentiellement deux spins électroniques formant initialement un état singulet. Durant le déplacement, chaque spin subit une rotation cohérente due à l’interaction spin-orbite, sur une durée plus courte que tout processus de décohérence. En variant le temps de séparation des électrons et le champ magnétique appliqué, nous observons des interférences quantiques qui prouvent la nature cohérente de l’état initial et de la procédure de transfert.Nous montrons que cette expérience est analogue à une mesure de Bell, et nous permet de quantifier l’intrication entre les deux spins électroniques lorsqu’ils sont séparés, démontrant que ce déplacement rapide et à longue portée est une procédure efficace pour propager une intrication quantique au sein des futures structures à large échelleQuantum computing is a field of growing interest, especially in Grenoble with an exceptional concentration of both research and industrials groups implicated in this field. The global aim is to develop a new kind of nano-processors, based on quantum properties. Its building brick is a two-level quantum system, in our case the spin of electrons trapped in a quantum dot.In this quest for a large-scale architecture, networked quantum computers offer a natural path towards scalability. Indeed, separating the computational task among quantum core units interconnected via a coherent quantum mediator would greatly simplify the addressability challenges. These quantum links should be able to coherently couple arbitrary nodes on fast timescales, in order to share entanglement across the whole quantum circuit. In semiconductor quantum circuits, nearest neighbor entanglement has already been demonstrated, and several schemes exist to realize long-range coupling. Among them, a possible implementation of this quantum mediator would be to prepare an entangled state and shuttle individual electron spins across the structure, provided that this transport preserves the entanglement.In this work, we demonstrate the fast and coherent transport of electron spin qubits across a 6.5 μm long channel, in a GaAs/AlGaAs laterally defined nanostructure. Using the moving potential induced by a propagating surface acoustic wave, we send sequentially two electron spins initially prepared in a spin singlet state. During its displacement, each spin experiences a coherent rotation due to spin-orbit interaction, over timescales shorter than any decoherence process. By varying the electron separation time and the external magnetic field, we observe quantum interferences which prove the coherent nature of both the initial spin state and the transfer procedure.We show that this experiment is analogous to a Bell measurement, allowing us to quantify the entanglement between the two electron spins when they are separated, and proving this fast and long-range qubit displacement is an efficient procedure to share entanglement across future large-scale structures
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Ouerghemmi, Ezzedine. "Étude physique des limites en puissance des lasers à cascade quantique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/60/59/31/PDF/manuscrit_ezzeddine_Ouerghemmi.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne l'étude théorique et expérimentale des limitations de la puissance de sortie des lasers à cascade quantique (LCQ). Nous y exposons une modélisation globale de leurs propriétés électro-optiques. Le fonctionnement du laser est décrit en incluant la structure électronique, les mécanismes de diffusion responsables des transitions non radiatives des électrons et le couplage électron- photon de la cavité. Ce modèle nous a permis de reproduire avec succès l'ensemble des caractéristiques (courant et puissance optique en fonction de la tension appliquée) d'un LCQ sur un large domaine de température de fonctionnement. Dans un premier temps, ce modèle a été utilisé pour le calcul de la température électronique dans les LCQ. Il en ressort que la diffusion par des phonons-LO est le seul mécanisme avec lequel le gaz d'électrons peut transférer son énergie vers le réseau. Les mécanismes élastiques de diffusion sont des sources d'énergie pour le gaz d'électrons. Deux paramètres physiques permettent de décrire complètement le comportement de la température électronique dans le composant : la résistance thermique électronique de l'hétérostructure et le coefficient de couplage courant température électronique. Ensuite, l'étude du couplage des électrons avec les photons de la cavité montre que ce couplage peut modifier notablement la distribution électronique sur les niveaux énergétiques. Le gain de la zone active du laser diminue avec la densité de photons. Cet effet appelé saturation de gain joue un rôle important sur les performances des LCQ. La minimisation de cet effet peut augmenter la puissance maximale de sortie du laser d'un facteur deux. Cette étude nous a permis de proposer de nouveaux dessins de zone active ayant des performances améliorées. La fabrication de certaines de ces structures a permis de valider l'approche que nous avons suivie pour améliorer les performances de ce type de laserThis thesis work is devoted to the theoretical and experimental study of the limiting factors of quantum cascade lasers (QCL) output power. It exposes a global modeling of their electro-optical properties. Laser operation is described in particular by including the electronic structure, non-radiative electron scattering mechanisms and the electron-photon coupling along the laser cavity. This model allowed us to successfully reproduce all the characteristics (current and optical power as a function of the applied voltage) of a QCL over the whole range of operating temperatures. This model was used to calculate the electron temperature in QCL. It showed that scattering by LO phonons is the only mechanism by which the gas of electron can transfer energy towards the lattice. Elastic scattering mechanisms are sources of energy for the electron gas. Two physical parameters allow to fully describe the electron temperature in the device: the electronic thermal resistance of the heterostructure and the temperature current coupling factor. Taking into account the electron-photon coupling shows that it may influence the electronic distribution over energy levels. Therefore, the gain of the active zone of the laser is reduced in the presence of this coupling. This effect, called gain saturation, plays an important role on the output performances of QCL. Minimizing this effect can increase the maximum power output of the laser by a factor of two. This study allowed us to propose new design rules of active regions to improve the QCL output performances. The experimental characterization of some of these structures has validated the approach we have followed towards performances improvement
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Triozon, François. "Diffusion quantique et conductivité dans les systèmes apériodiques." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002292.
Full textAbstract:
Ce travail théorique est consacré à l'étude du transport électronique dans des solides apériodiques. Nous nous sommes placés dans l'approximation des électrons indépendants et à température nulle. Le calcul de la conductivité se ramène alors au problème de la diffusion quantique des électrons dans un potentiel apériodique. Nous avons mis au point des méthodes numériques permettant de calculer cette diffusion quantique dans des modèles de liaisons fortes de grande taille (environ un million d'orbitales) et de géométrie quelconque. Puis ces méthodes ont été appliquées à deux types de systèmes : les quasicristaux et les nanotubes de carbone. Les quasicristaux sont intrinsèquement apériodiques et leurs propriétés de transport particulières pourraient s'expliquer par des lois de diffusion quantique anormales. Nous avons étudié des modèles quasipériodiques à 2 et 3 dimensions et nous avons observé de telles lois. Nous avons aussi mis en évidence une dépendance particulière de ces lois par rapport à l'énergie du paquet d'ondes et par rapport aux éventuels défauts structuraux introduits dans le modèle. Les nanotubes de carbone multifeuillets peuvent, eux aussi, présenter une apériodicité intrinsèque dont nous avons étudié les conséquences possibles sur le transport. Nous avons étudié en particulier les oscillations de la magnétoconductance en présence d'un champ magnétique parallèle à l'axe du tube, et mis en évidence un effet de l'apériodicité sur ces oscillations.
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Polizzi, Eric. "Modélisation et simulations numériques du transport quantique balistique dans les nanostructures semi-conductrices." Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0023.
Full textAbstract:
L'objectif principal de ce travail de thèse concerne la modélisation et la simulation numérique du transport quantique balistique dans des dispositifs semi-conducteurs multidimensionnels ouverts. Le modèle quantique Schrödinger-Poisson que nous utilisons, prend notamment en considération l'existence de potentiels mous dans les structures, les réactions de charge d'espace des électrons (via l'équation de Poisson) ainsi que l'injection des électrons dans le dispositif (conditions aux limites transparentes pour l'équation de Schrödinger). Dans le cas spécifique des dispositifs tridimensionnels à guides d'onde électronique AlGaAs/GaAs issus de la technologie split-gate, nous avons montré l'importance des phénomènes quantiques qui apparaissent dans la zone active de la structure. Nous avons dérivé un modèle de transport quasi-3D qui réduit la dimensionnalité physique du gaz d'électrons en prenant en compte le confinement bidimensionnel des porteurs. L'équation de Schrödinger tridimensionnelle est alors remplacée par une équation de Schrödinger monodimensionelle dans la direction confinée et une équation de Schrödinger bidimensionnelle (avec conditions aux limites transparentes dans la direction de transport). L'équation de Poisson est résolue en dimension 3. Les résultats de simulations numériques obtenus à l'aide du modèle quasi-3D montrent que ce dernier est une bonne approximation du modèle 3D complet et présente un coût numérique considérablement réduit. Dés lors, nous avons pu réaliser des simulations numériques de dispositifs T-stub et coupleur quantique se trouvant dans des situations hors équilibre, et ainsi obtenu les caractéristiques courant-tension. La dernière partie de la thèse concerne l'étude du transistor nano-MOSFET à l'aide d'un modèle quantique bidimensionnel complet. Les premiers résultats numériques obtenus à l'équilibre, traduisent le phénomène de confinement transverse des électrons dans le canal. Notons finalement, que le code de calculs 3D baptisé NESSIE qui a été développé au cours de cette thèse, peut être utilisé afin d'étudier de nombreuses caractéristiques électroniques de divers dispositifs quantiquesThis thesis is concerned with the modeling and numerical simulations of ballistic quantum transport in multidimensionnal open devices. The simulation is performed by solving self-consistently the Schrödinger equation (for electrons) and Poisson equation (for space charge effects). To account for injection phenmona, open boundary conditions are prescribed for the Schrödinger equations. In the case of the three dimensional electron waveguide devices such as T-stubs and quantum couplers, we show the importance of quantum effects in the active region. Moreover, a quasi-three dimensional model for these open heterostructures is proposed. The derivation of the model relies on the strong confinement of the electrons at the heterojunction which allows to split the three dimensional Schr\"odinger equation into a one Schrödinger equation for the confined direction and a two dimensional Schrödinger equation in the transport direction. The space charge effects are taken into account in a three dimensional framework. Numerical simulations of open split gate devices are used to illustrate the accuracy of the quasi-3D model versus the fully 3D model with much less numerical effort. The quasi-3D is used to show the importance of the non linear current voltage characteristics. The last part of the thesis deals with the bidimensional quantum model of the nanoscale MOSFET and shows some first results about the confinement of the electrons in the channel. Finally, the 3D code NESSIE which was developped during this thesis, is a tool which could be used to study a wide range of characteristics (current-voltage, temperature effects, conductance quantization effects\dots) of many open quantum structures
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Gaury, Benoit. "Emerging concepts in time-resolved quantum nanoelectronics." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY026/document.
Full textAbstract:
Grâce aux progrès techniques récents, les sources d'électrons uniques sontpassées de la théorie au laboratoire. Des expériencesconceptuellement nouvelles où l'on sonde directement la dynamique quantiqueinterne des systèmes sont désormais possibles. Dans cette thèse nousdéveloppons les outils analytiques et numériques pour analyser et comprendre cesproblèmes. Les simulations requièrent une résolution spatiale appropriée pourles systèmes, et des temps simulés suffisament longs pour sonder leurs tempscaractéristiques. Jusqu'à présent l'approche théorique standard utilisée pour traiter de tels problèmes numériquement---connue sous les dénominations de formalisme Keldysh ou NEGF (Fonctions de Green Hors Equilibre)---n'a pas été très fructueuse, principalement à cause du coût en temps de calcul prohibitif. Nous proposons une reformulation decette technique sous la forme des fonctions d'onde électroniques du système dansune représentation énergie--temps. Le coût de calcul de notre algorithmenumérique est maintenant linéaire avec le temps simulé et le volume du système,rendant possible la simulation de système contenant $10^5-10^6$ atomes/sites.Nous utilisons cet outil pour proposer de nouveaux effets intrigants ainsi quedes expériences. Nous introduisons la modification dynamique du motifd'interférence d'un système quantique. Nous montrons, par exemple, que la montéed'une tension DC $V$ sur un interféromètre électronique produit un régimetransitoire où le courant oscille comme $cos(eVt/hbar)$. Nous prévoyons unegrande variété d'effets nouveaux lorsque les circuits de nanoélectronique sontsondés très rapidement. Les outils et concepts développés dans cette thèseauront un rôle clé dans l'analyse et les propositions des expériences à venirWith the recent technical progress, single electron sources have moved fromtheory to the lab. Conceptually new types of experiments where one probesdirectly the internal quantum dynamics of the devices are within grasp. In thisthesis we develop the analytical and numerical tools for handling suchsituations. The simulations require appropriate spatial resolution for thesystems, and simulated times long enough so that one can probe their internalcharacteristic times. So far the standard theoretical approach used to treatsuch problems numerically---known as Keldysh or NEGF (Non Equilibrium Green'sFunctions) formalism---has not been very successful mainly because of aprohibitive computational cost. We propose a reformulation of the NEGFtechnique in terms of the electronic wave functions of the system in anenergy--time representation. The numerical algorithm we obtain scales nowlinearly with the simulated time and the volume of the system, and makessimulation of systems with $10^5-10^6$ atoms/sites feasible. We leverage thistool to propose new intriguing effects and experiments. In particular weintroduce the concept of dynamical modification of interference pattern of aquantum system. For instance, we show that when raising a DC voltage $V$ to anelectronic interferometer, the transient current responseoscillates as $cos(eVt/hbar)$. We expect a wealth of new effects whennanoelectronic circuits are probed fast enough. The tools and conceptsdeveloped in this work shall play a key role in the analysis and proposal ofupcoming experiments
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Dragoni, Alberto. "Corrélations multi-corps dans les simulations ab initio du transport électronique quantique : une application aux dispositifs OxRAM de nouvelle génération." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY039.
Full textAbstract:
Les mémoires résistives non volatiles basées sur les oxydes (OxRAM) acquièrent récemment un grand intérêt pour leurs performances, ce qui en fait des candidats prometteurs comme mémoire de stockage pour remplacer la technologie flash, et comme mémoires intégrées pour les applications réseau de neurones. Néanmoins, les dispositifs OxRAM émergents présentent encore certains inconvénients, comme la non-uniformité des paramètres de commutation et les défaillances de commutation. Surmonter ces inconvénients exige une compréhension plus profonde des principes de fonctionnement de l’OxRAM, jusqu’à présent pas complètement compris. Ceci peut être réalisé au moyen de simulations textit{ab initio}. Ce travail présente donc une étude approfondie de HfO₂, qui fait partie des matériaux les plus prometteurs pour la construction de dispositifs OxRAM, au moyen de calculs précis des états de quasi-particules (QP). Une étude des propriétés du transport électronique dans les dispositifs OxRAM est également de première importance. Toutefois, cela nécessite un cadre théorique solide et fiable afin de calculer la conductance des jonctions métal/isolant. L’approche standard, basée sur la théorie fonctionnelle de la densité, le formalisme de la fonction de Green et la formule de Landauer, a quelques limites et soucis de fiabilité. Ce travail propose une approche plus fiable basée sur les calculs QP, qui fournissent une structure électronique plus précise pour calculer la conductance, et teste en grande partie cette nouvelle méthode sur différentes jonctions imitant les dispositifs OxRAMResistive non-volatile memories based on oxides (OxRAM) are recently acquiring a wide interest for their performances, which make them promising candidates as storage memories to replace flash technology, and as embedded memories for neural network applications. Nevertheless, emerging OxRAM devices still present some drawbacks, like non-uniformity of switching parameters and switching failures. Overcoming these drawbacks requires a deeper comprehension of the OxRAM working principles, so far not completely understood. This can be achieved by means of textit{ab initio} simulations. Hence this work presents a careful characterization of HfO₂, which is within the most promising materials to build OxRAM devices, by means of accurate quasi-particle (QP) calculations. A study of the electronic transport properties in OxRAM devices is also of primary importance. However, this requires a robust and reliable theoretical framework to compute the conductance of bulk metal/insulator junctions. The standard approach, based on density functional theory, Green function formalism, and Landauer formula, has some limitations and reliability issues. This work proposes a more reliable approach based on QP calculations, which provide a more accurate electronic structure to compute the conductance, and largely tests this new method on different junctions mimicking OxRAM devices
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Nguyen, Ngoc Viet. "Synthèse et transport électronique dans des nanotubes de carbone ultra-propres." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENY045/document.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit des expériences sur la synthèse de nanotubes de carbone (CNT) mono-paroi, leur intégration dans des dispositifs ultra-propres, ainsi que l'étude de leurs propriétés électroniques par des mesures de transport à très basse température. La première partie de ce travail décrit l'optimisation des paramètres de synthèse par déposition chimique en phase vapeur (CVD) tels que les précurseurs de carbone, les flux de gaz, la température, ou le catalyseur pour la croissance de CNT de très bonne qualité. Parmis tous ces paramètres, la composition du catalyseur joue un rôle decisif pour permettre une croissance sélective en mono-paroi ansi qu'une distribution de faible diamètre. Dans la deuxième partie nous développons la nanofabrication de boites quantiques ultra-propres à base de CNT ainsi que les mesures de transport de ces échantillons à basse température (40 mK). Le spectre de la première couche électronique du nanotube est mesuré par spectroscopie de cotunneling inélastique sous champ magnétique, montrant alors un fort couplage spin-orbite négatif, dans ce système. Nous montrons que la séquence de remplissage d'électrons dans notre cas (ΔSO < 0) est différente de celle que l'on obtiendrait en régime Kondo SU (4) (ΔSO = 0). En effet, un effet Kondo purement orbital est observé pour N =2e à champ magnétique fini. Dans la dernière partie de cette thèse, nous décrivons la mise en œuvre expérimentale d'un évaporateur thermique à aimants à molécule unique (SMM) pour la fabrication future de dispositifs hybrides CNT-SMM ultra-propresThis thesis describes experiments on the synthesis of single wall carbon nanotubes (SWNTs), fabrication of ultra-clean CNT devices, and study of electronic properties of CNTs with transport measurements. The first part of this work describes the optimization of the synthesis parameters (by chemical vapor deposition - CVD) such as carbon precursor, gas flows, temperature, catalyst for the growth of high quality SWNTs. In all these parameters, the catalyst composition plays a very important role on the high selective growth of SWNTs with a narrow diameter distribution. The second part deals with the nanofabrication of ultra-clean CNT devices and the low temperature (40 mK) transport measurements of these CNT quantum dots. The level spectra of the electrons in the first shell are investigated using inelastic cotunneling spectroscopy in an axial magnetic field, which shows a strong negative spin-orbit coupling of electron. We find that the sequence of electron shell filling in our case (ΔSO < 0) is different from which would be obtained in the pure SU(4) Kondo regime (ΔSO = 0). Indeed, a pure orbital Kondo effect is observed in N=2e at a finite magnetic field. In the last part of this thesis, we describe the experimental implementation of the thermal evaporation of single-molecule magnet (SMM) for the future fabrication of ultra-clean CNT-SMM hybrid devices
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Schopfer, Félicien. "Cohérence Quantique et Effet Kondo dans les Nanostructures." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011250.
Full textAbstract:
Les effets de cohérence quantique sont au cœur de la physique mésoscopique : ils gouvernent le comportement des conducteurs dont la taille devient comparable à la longueur de cohérence de phase des électrons Lf.Les expériences présentées dans cette thèse concernent les effets de la cohérence de phase électronique sur les propriétés de transport de conducteurs métalliques diffusifs.
Nous nous sommes d'abord intéressés aux mécanismes de déphasage électronique en mesurant la magnétorésistance de localisation faible de fils quasi-1D en or contenant des impuretés magnétiques de fer, à très basse température. Le comportement du temps de cohérence de phase électronique tf mesuré s'explique bien dans le cadre de la physique des impuretés Kondo, par la combinaison de l'effet Kondo à une impureté, et des interactions entre impuretés de type RKKY. Ce résultat est une contribution importante dans le débat sur la saturation de tf à très basse température.
Ensuite, nous avons étudié les oscillations quantiques de magnétoconductance, Altshuler-Aronov-Spivak (AAS), et Aharonov-Bohm (AB), dans des réseaux 2D d'anneaux en argent présentant différentes géométries. Notamment, à partir d'une théorie récente, nous avons extrait tf à partir des harmoniques de Fourier de l'oscillation AAS. La dépendance en température mesurée, différente de celle extraite d'un fil quasi-1D, laisse supposer un effet de la topologie sur le déphasage. Enfin, nous avons mesuré la dépendance en taille des amplitudes des oscillations AB et AAS dans des réseaux de 10^6 à 10 anneaux : lorsqu'une dimension du réseau devient inférieure à Lf, la moyenne d'ensemble des oscillations quantiques est non triviale, révélant que des interférences quantiques subtiles dominent le transport. C'est une signature spectaculaire de la transition dimensionnelle vers la physique mésoscopique.
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Zhou, Jiaqi. "Etude ab initio du transport quantique dépendant du spin." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS508/document.
Full textAbstract:
Les dispositifs spintroniques exploitent le degré de liberté du spin électronique pour traiter l'information. Dans cette thèse, nous étudions les propriétés de transport quantique dépendant du spin pour optimiser les performances des composants associés. Par l’approche ab initio, nous calculons la magnétorésistance à effet tunnel (tunneling magnetoresistance, TMR), l’effet Hall de spin (spin Hall effect, SHE) et l’efficacité de l’injection de spin (spin injection efficiency, SIE). Nous montrons ainsi que les métaux lourds (heavy metals, HM) influencent la TMR dans des jonctions tunnel magnétiques (magnetic tunnel junctions, MTJs) à base de MgO. L’utilisation de W, Mo, ou Ir peut améliorer la TMR. De plus, le dopage par substitution aide à optimiser le SHE dans les HMs, ce qui renforce les angles de Hall de spin (SHA) pour rendre plus efficace le renversement d’aimantation par couple spin-orbite (spin-orbit torque, SOT) dans les MTJ. Afin de contourner les problèmes induits par le désaccord de maille entre couches ferromagnétiques et MgO, nous avons conçu une MTJ basée sur l'hétérojonction VSe₂/MoS₂ de van der Waals (vdW) et calculons la TMR à température ambiante. L’apparition d’effets de résonance tunnel permet d’utiliser la tension appliquée pour moduler la TMR dans cette structure. Nous proposons également d’y favoriser le SOT en utilisant des matériaux 2D avec un fort SHE. MoTe₂ et WTe₂ apparaissent comme de bons candidats. Ces dichalcogénures de métaux de transition (transition metal dichalcogenides, TMDC) présentent un fort SHE ainsi que de grands SHA grâce à leur faible conductivité électrique. Enfin, motivés par la demande d'un dispositif commutable bidimensionnel à grande longueur de diffusion spin, nous étudions un système d'injection de spin dans le silicène et obtenons des SIE élevés sous tension appliquée. L’ensemble de ces travaux apportent un éclairage pour la recherche de nouveaux dispositifs spintroniquesSpintronics devices manipulate the electron spin degree of freedom to process information. In this thesis, we investigate spin-dependent quantum transport properties to optimize the performances of spintronics devices. Through ab initio approach, we research the tunneling magnetoresistance (TMR), spin Hall effect (SHE), as well as spin injection efficiency (SIE). It has been demonstrated that heavy metals (HMs) are able to modulate TMR effects in MgO-based magnetic tunnel junctions (MTJs), and tungsten, molybdenum, and iridium are promising to enhance TMR. Moreover, substitutional atom doping can effectively optimize SHE of HMs, which would strengthen spin Hall angles (SHAs) to achieve efficient spin-orbit torque (SOT) switching of MTJs. To eliminate the mismatch between ferromagnetic and barrier layers in MgO-based MTJs, we design the MTJ with bond-free van der Waals (vdW) heterojunction VSe₂/MoS₂ and report the room-temperature TMR. The occurrence of quantum-well resonances enables voltage control to be an effective method to modulate TMR ratios in vdW MTJ. We put forward the idea of SOT vdW MTJ, which employs SOT to switch vdW MTJ and requires vdW materials with strong SHE. Research on MoTe₂ and WTe₂ verifies the possibility of realizing this idea. Both of them are layered transition metal dichalcogenides (TMDC) and exhibit strong SHEs, as well as large SHAs thanks to their low electrical conductivity. Lastly, motivated by the demand of a two-dimensional (2D) switchable device with long spin diffusion length, we construct the spin injection system with silicene monolayer, and reveal high SIEs under electric fields. Works in this thesis would advance the research of spintronics devices
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Mizokuchi, Raisei. "Hétérostructures de silicium-germanium à dimensionnalité réduite pour la spintronique quantique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY013/document.
Full textAbstract:
L’intégration à large échelles de bits quantiques (qubits) nécessite le développement de systèmes quantiques à deux niveaux à l’état solide comme par exemple des spins électroniques confinés dans des boîtes quantiques ou des fermions de Majorana dans des nanofils semiconducteurs.Les trous confinés à une ou deux dimensions dans des hétérostructures à base de germanium sont de bons candidats pour de tels qubits parce qu’ils offrent i) une forte interaction spin-orbite (SOI) conduisant à des facteurs de Landé relativement grands, ii) un couplage hyperfin réduit laissant entrevoir un long de temps de cohérence de spin et iii) des masses efficaces relativement faibles favorisant le confinement quantique. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le transport de trous dans des systèmes unidimensionnels et bidimensionnels faits à partir d’hétérostructures Ge/Si_0.2Ge_0.8 à contrainte compressive. Une partie importante de mon travail de recherche a été consacrée au développement de techniques de fabrication pour ces dispositifs semi-conducteurs. J’ai débuté par la fabrication de dispositifs de type "barre de Hall" à partir d’hétérostructures Ge/SiGe non dopées.J’ai étudié deux types d’ hétérostructures contenants un puits quantique de Ge contraint: l’une où le puits de Ge est à la surface de la structure donc facilement accessible aux contacts métalliques, et l’autre où le puitsest enterré à 70nm sous la surface permettant d’avoir une mobilité élevée.Les propriétés électroniques du gaz de trou bidimensionnel confiné dans lepuits de Ge ont été étudiées à travers des mesures de magnéto-transportjusqu’à 0,3 K. Pour le puits enterré, mes mesures ont révélé un caractère dominant de trou lourd, ce qui est attendu dans le cas d’une contrainte compressive en combinaison avec un confinement bidimensionnel. Les dispositifs avec un puits de Ge superficiel ont montré un transport diffusif et un effet d’anti-localisation faible, ce qui est dû à l’interférence quantique de differents chemins de diffusion en présence du SOI. Le fait que le puits de Ge soit situé à la surface permet des champs électriques perpendiculaires relativement grands et, par conséquent, un plus fort SOI de type Rashba. J’ai été en mesure d’estimer l’énergie caractéristique du SOI en obtenant une valeur d’environ 1 meV. Pour la réalisation de nano-dispositifs quantiques,j’ai utilisé l’ hétérostructure avec un puits de Ge enterré où la mobilité des trous se rapproche de 2 × 105 cm2/Vs. En utilisant la lithographie par faisceau d’électrons, des grilles métalliques à l’échelle nanométrique ont été définies sur la surface de l’échantillon afin de créer des constrictions unidimensionnelles dans le gaz de trous bidimensionnel. J’ai ainsi réussi à observer la quantification de la conductance dans des fils quantiques d’une longueur allant jusqu’à ~ 600 nm. Dans ces fils, j’ai étudié l’effet Zeeman sur les sous-bandes unidimensionnelles. J’ai trouvé des grands facteurs g pour le champ magnétique perpendiculaire, et des petits facteurs g dans le plan. Cette forte anisotropie indique un caractère de trou lourd prédominant,ce qui est attendu dans le cas d’un confinement dominant dans la direction perpendiculaire. Les grands facteurs g et le caractère unidimensionnel balistique sont des propriétés favorables à la réalisation de fermions de Majorana. Enfin, j’ai commencé à explorer le potentiel des hétérostructures à base de Ge pour la réalisation de dispositifs à points quantiques, en visant des applications en calcul quantique à base de spin. Au cours des derniers mois, j’ai pu observer des signes évidents de transport à un seul trou, posant ainsi les bases pour des études plus approfondies sur les points quantiques des trousAiming towards largely integrated quantum bits (qubits) requires thedevelopment of solid-state, two-level quantum systems, such as spins inquantum dots or Majorana fermions in one-dimensional wires. Holes confinedin low-dimensional, germanium-based heterostructures are good candidatesfor such qubits because they offer i) large spin-orbit interaction(SOI), leading to conveniently large g factors, ii) reduced hyperfine coupling,which is important for long spin coherence, and iii) relatively loweffective masses, favoring quantum confinement. In this thesis, I have investigatedhole transport in one- and two-dimensional systems made fromcompressively strained Ge/Si_0.2Ge_0.8 heterostructures. An important partof my research work has been devoted to developing the recipes for devicefabrication. I have started from the fabrication of gated Hall bardevices from nominally undoped Ge/SiGe heterostructures. I have studiedtwo types of the heterostructures embedding a strained Ge quantumwell: one where the Ge well is at the surface, hence easily accessible tometal contacts, and one where it is buried 70 nm below the surface, aconfiguration resulting in higher hole mobility. The electronic propertiesof the two-dimensional hole gas confined to the Ge well were studied bymeans of magneto-transport measurements down to 0.3 K. My measurementsrevealed a dominant heavy-hole character, which is expected fromthe presence of a compressive strain in combination with two-dimensionalconfinement. The surface-Ge devices showed diffusive transport and a weakanti-localization effect, which is due to SOI in combination with quantuminterference. The fact that the Ge quantum well is located at the surfaceallows for relatively large perpendicular electric fields and hence enhancedRashba-type SOI. I was able to estimate a spin splitting of around 1 meV.For the realization of quantum nano-devices, I used the heterostructure witha buried Ge well where the hole mobility approaches 2×105 cm2/Vs. Usinge-beam lithography, sub-micron metal gates were defined on sample surfacein order to create one-dimensional constrictions in the two-dimensional holegas. I succeeded in observing conductance quantization in hole quantum wires with a length up to ~ 600 nm. In these wires I investigated the Zeemansplitting of the one-dimensional subbands, finding large perpendicularg-factors as opposed to small in-plane g-factors. This strong anisotropyindicates a prevailing heavy-hole character, which is expected in the caseof a dominant confinement in the perpendicular direction. The large g factorsand the ballistic one-dimensional character are favorable properties forthe realization of Majorana fermions. Finally, I have begun to explore thepotential of Ge-based heterostructures for the realization of quantum-dotdevices, having in mind applications in spin-based quantum computing.During the last months, I was able to observe clear evidence of single-holetransport, laying the ground for more in-depth studies of hole quantumdots
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Roche, Stéphan. "Contribution à l'étude théorique du transport électronique dans les quasicristaux." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://www.theses.fr/1996GRE10208.
Full textAbstract:
Les quasicristaux sont des materiaux ordonnes presentant une coherence orientationnelle a longue distance sans periodicite de translation. Leurs proprietes electroniques sont spectaculaires. L'alliage quasicristallin a1pdre qui est compose de metaux bons conducteurs, presente pourtant une resistivite de l'ordre de grandeur de celle des semiconducteurs bien que sa densite d'etats au niveau de fermi soit typique d'un metal. Nous etudions le role des defauts structuraux phasons sur le transport quantique de chaines quasiperiodiques (de fibonacci) et de reseaux de fils interconnectes. Nous trouvons que certains phasons peuvent diminuer la resistance de landauer de ces systemes. Nous developpons une methode numerique de calcul de la formule de kubo-greenwood de la conductivite electronique a temperature et frequence nulle. Nous etudions le role conjoint d'un potentiel quasiperiodique et du desordre sur la diffusion quantique et la conductivite en fonction du niveau de fermi. L'etude montre les limites d'une approche de bloch-boltzmann ainsi que les inhomogeneitees de la conductivite en fonction du niveau de fermi (conductivite moins sensible au desordre dans les zones de pseudo-ga#p). Nous presentons enfin une etude numerique ainsi qu'une analyse simple du role de l'environnement local sur le couplage rkky entre impuretes magnetiques dans les quasicristaux ; nous montrons qu'une augmentation de la densite d'etats locale dans le voisinage d'une impurete magnetique induit une augmentation de son interaction rkky avec les autres impuretes magnetiques
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Jaud, Marie-Anne. "Approche du potentiel effectif pour la simulation Monte-Carlo du transport électronique avec effets de quantification dans les dispositifs MOSFETs." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00165490.
Full textAbstract:
Le transistor MOSFET atteint aujourd'hui des dimensions nanométriques pour lesquelles les effets quantiques ne peuvent plus être négligés. Il convient donc de développer des modèles qui, tout en décrivant précisément les phénomènes physiques du transport électronique, rendent compte de l'impact de ces effets sur les performances des transistors nanométriques. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'introduction des effets de quantification dans un code Monte-Carlo semi-classique pour la simulation du transport électronique dans les dispositifs MOSFETs. Pour cela, l'utilisation d'un potentiel de correction quantique s'avère judicieuse puisque cette correction s'applique à différentes architectures de transistor sans augmentation considérable du temps de calcul. Tout d'abord, nous évaluons et identifions les limites de la correction par le potentiel effectif usuel. Cette analyse nous conduit à proposer une formulation originale de potentiel effectif s'appuyant sur l'amélioration de la représentation du paquet d'ondes de l'électron. Nous montrons qu'en l'absence de champ électromoteur dans la direction du transport, cette formulation permet une description réaliste des effets de confinement quantique pour des architectures MOSFETs à double ou simple grille, sur substrat SOI et sur silicium massif. Des comparaisons avec des simulations Monte-Carlo semi-classiques mettent en évidence l'impact de ces effets sur le transport électronique dans un transistor MOSFET à double-grille de taille nanométrique. Enfin, notre formulation originale de potentiel de correction quantique est validée par l'obtention de résultats analogues à ceux d'un couplage Monte-Carlo Schrödinger.
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Bonno, Olivier. "Simulation Monte Carlo du transport quantique dans les composants nanométriques : application à l'étude de lasers à cascade quantique térahertz." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009033.
Full textAbstract:
Les sources appelées lasers à cascade quantique (LCQ) présentent des potentialités très intéressantes pour l'émission aux fréquences térahertz. Ce travail vise à mieux comprendre les phénomènes physiques à l'origine du transport quantique dans les LCQ. Dans ce but, nous avons utilisé la simulation Monte Carlo. Le mémoire est divisé en trois parties. Dans une première partie, nous présentons les sources optoélectroniques émettant dans l'infrarouge. Nous précisons le formalisme de l'équation Maîtresse pour modéliser le transport quantique dans ces dispositifs. La deuxième partie est consacrée à la description du modèle en insistant particulièrement sur la modélisation de l'interaction électron-électron. Dans la troisième partie, nous examinons des LCQ émettant dans l'infrarouge lointain. Il ressort de nos études que l'interaction électron-électron joue un rôle prépondérant à ces fréquences. Nous envisageons ensuite deux voies afin de diminuer la fréquence jusqu'à 1 THz.
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Ouerghemmi, Ezzeddine. "Étude physique des limites en puissance des lasers à cascade quantique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00605931.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne l'étude théorique et expérimentale des limitations de la puissance de sortie des lasers à cascade quantique (LCQ). Nous y exposons une modélisation globale de leurs propriétés électro-optiques. Le fonctionnement du laser est décrit en incluant la structure électronique, les mécanismes de diffusion responsables des transitions non radiatives des électrons et le couplage électron- photon de la cavité. Ce modèle nous a permis de reproduire avec succès l'ensemble des caractéristiques (courant et puissance optique en fonction de la tension appliquée) d'un LCQ sur un large domaine de température de fonctionnement. Dans un premier temps, ce modèle a été utilisé pour le calcul de la température électronique dans les LCQ. Il en ressort que la diffusion par des phonons-LO est le seul mécanisme avec lequel le gaz d'électrons peut transférer son énergie vers le réseau. Les mécanismes élastiques de diffusion sont des sources d'énergie pour le gaz d'électrons. Deux paramètres physiques permettent de décrire complètement le comportement de la température électronique dans le composant : la résistance thermique électronique de l'hétérostructure et le coefficient de couplage courant température électronique. Ensuite, l'étude du couplage des électrons avec les photons de la cavité montre que ce couplage peut modifier notablement la distribution électronique sur les niveaux énergétiques. Le gain de la zone active du laser diminue avec la densité de photons. Cet effet appelé saturation de gain joue un rôle important sur les performances des LCQ. La minimisation de cet effet peut augmenter la puissance maximale de sortie du laser d'un facteur deux. Cette étude nous a permis de proposer de nouveaux dessins de zone active ayant des performances améliorées. La fabrication de certaines de ces structures a permis de valider l'approche que nous avons suivie pour améliorer les performances de ce type de laser.
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Thibault, Karl. "Corrélateur courant-courant dans le domaine temporel d'une jonction tunnel mesuré par spectroscopie micro-onde." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2014. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/5351.
Full textAbstract:
Résumé : Ce mémoire rapporte les premières mesures de fluctuations de courant émises par une jonction tunnel sur une large bande passante, de 0.3 à 13 GHz, à une température très basse de 35 mK. Cela nous a permis de réaliser la spectroscopie (i.e. mesurer la dépendance en fréquence) du bruit thermique (tension de polarisation nulle, température variable), bruit de grenaille (basse température, tension de biais variable) et bruit photo-assisté (tension de polarisation AC). Grâce à la large bande passante de nos mesures, nous pouvons calculer le corrélateur courant-courant dans le domaine temporel. Nous observons le déclin thermique de ce corrélateur ainsi que ses oscillations de période h/eV, une conséquence directe du principe de Pauli sur le transport quantique. // Abstract : This thesis reports the first measurements of the current fluctuations emitted by a tunnel junction with a very wide bandwidth, from 0.3 to 13 GHz, down to very low temperature T=35 mK. This allowed us to perform the spectroscopy (i.e., measure the frequency dependence) of thermal noise (no dc bias, variable temperature), shot noise (low temperature, variable dc voltage bias) and photon-assisted noise (ac bias). Thanks to the very wide bandwidth of our measurement, we can deduce the current-current correlator in time domain. We observe the thermal decay of this correlator as well as its oscillations with a period h/eV, a direct consequence of the effect of the Pauli principle in quantum transport.
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Mallet, François. "Cohérence quantique, diffusion magnétique et effets topologiques." Grenoble 1, 2006. https://theses.hal.science/tel-00546850.
Full textAbstract:
Dans mon mémoire de Thèse sont regroupés des résultats expérimentaux, centrés autour de la thématique de la cohérence quantique des électrons à très basse température, obtenus à partir de mesures très précises des corrections quantiques au transport classique dans les nanostructures métalliques. Nous avons tout d'abord étudié les effets de cohérence dans des réseaux de fils métalliques. Nous avons montré l'influence de la dimension du régime de diffusion sur la cohérence. En passant d'un conducteur macroscopique à un conducteur mésoscopique, on a observé un “crossover” dimensionnel pour l'amplitude des diverses corrections quantiques quand la longueur de cohérence de phase excède la taille typique du système, ce qui nous a permis de préciser exactement ce qu'est la moyenne d'ensemble en Physique Mésoscopique. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons présenté des mesures du temps de cohérence de phase dans des fils métalliques contenant des impuretés magnétiques. Ces échantillons ont été fabriqués d'une fa¸con originale et contrôlée en utilisant une technologie nouvelle grâce à l'utilisation d'un faisceau d'ions focalisé. Nous avons mesuré un comportement universel sur 2 decades en temperature du déphasage par impuretés implantées, ceci étant la preuve que cette décohérence supplémentaire s'inscrit dans la Physique de l'effet Kondo. Nous avons montré que le taux de déphasage mesuré est en très bon accord avec de récents calculs du Groupe de Renormalisation Numérique. Plus particulièrement, nous avons montré de façon non équivoque que l'écrantage en dessous de TK induit une désaturation du temps de cohérence de phase linéaire en température jusqu'à 0, 1 TKIn this thesis are reported experimental results centered on the thematic of the electronic quantum coherence at very low temperatures, obtained by very precise measurements of the quantum correction to the classical electronic transport in metallic nanostructures. We have first studied the coherence effects in network of metallic one-dimensional wires. We have shown the influence on the coherence itself of the diffusion dimensionality. By going from a macroscopic conductor to a purely mesoscopic one, we measured a crossover in the scaling of the quantum corrections amplitudes when the phase coherence length exceed the typical size of the system. This has allowed us to really precise what the ensemble averaging is in Mesoscopic Physics. In the second part of this work, we have shown the temperature dependence of the phase coherence length in metallic wire with magnetic impurities. These samples were fabricated in a very new and controlled way, by using a new technics with a focus ion beam. We have measured a universal behavior over 2 decades in temperature for the dephasing due to one magnetic impurity. This was the direct prove that this added decoherence belongs to the physics of the generic many body problem named « Kondo Physics ». We have finally shown that the measured dephasing rate was in excellent agreement with recent theoretical calculations based one the numerical renormalization group technics. More precisely we have shown that the magnetic impurities screening induces a linear desaturation of the phase coherence time above 0,1 TK
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Bessis, Charlotte. "Quantum interference and thermoelectric effects in molecular junctions." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC140/document.
Full textAbstract:
Cette thèse rapporte les mesures de transport réalisées sur des jonctions moléculaires à l'état solide large échelle, mettant en évidence des effets d'interférence quantique. Le premier chapitre pose les bases théoriques de ce phénomène et introduit le formalisme des fonctions de green hors équilibre adapté à la description du couplage molécules/interfaces métalliques. Le second chapitre présente l'état de l'art expérimental dans ce domaine et résume les principales expériences ayant permis de mettre en évidence des effets d'interférences à l'échelle moléculaire. Le troisième chapitre décrit les étapes de fabrication mises en place pour construire les dispositifs mesures pendant ce travail de thèse. Les résultats expérimentaux obtenus sur les mesures de conductance des jonctions moléculaires sont décrits dans le quatrième chapitre et compares a plusieurs modèles théoriques qui confirme la présence d'interférences quantiques. Le dernier chapitre aborde les effets de thermoélectricité qui peuvent avoir lieu dans ces jonctions en présence d'interférenceThis thesis reports the transport measurement performed on large scale solid state molecular junctions, highlighting quantum interference effect. First chapter set the theoretical basis of such a phenomenon and introduces the out of equilibrium green's functions formalism which is adapted to the description of coupling molecules/metallic interfaces. Second chapter presents the corresponding experimental state of the art and summarizes the experiments that have contributed to highlight interference effect at the molecular scale. Third chapter describes the fabrication steps optimized to build the devices measured during the thesis work. Experimental results obtained on conductance measurements are described and compared to several theoretical models that confirm the presence of quantum interference. Last chapter deals with thermoelectric effect that can occur in presence of interference
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Massabeau, Sylvain. "Optical and electronic properties of graphene quantum dots in the Terahertz spectral range." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS445.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est d'explorer les propriétés électroniques et optiques des boîtes quantiques de graphène (BQG) dans le domaine spectral THz. En utilisant le formalisme des liaisons fortes, nous calculons d'abord les niveaux d'énergie de BQG (diamètres de 6 à 50 nm) et analysons leurs caractéristiques. Nous calculons ensuite leur couplage à des photons de faible énergie et déterminons les spectres de probabilité d'absorption des BQG dans la gamme spectrale THz, en fonction de leur taille, de la température et du dopage. Ensuite, nous mesurons les propriétés optiques des BQG aux fréquences THz, en utilisant un système de spectroscopie THz dans le domaine temporel. Des échantillons de graphène épitaxial multicouches (GEM) sont sondés puis nanostructurés en réseaux contenant 107 BQG. Nous montrons que la réponse THz de BQG de quelques dizaines de nm de diamètre est principalement caractérisée par une large absorption autour de 6 THz, à basse et à température ambiante. Ces résultats originaux sont étayés par l'analyse théorique et sont fortement différents de ce qui est observé dans le GEM.Enfin, nous étudions les propriétés de transport électronique d’une BQG unique. La BQG est formée à partir de graphène exfolié encapsulé dans des couches de hBN, et est insérée dans un transistor à électron unique couplé à une antenne THz. On observe le régime de blocage de Coulomb et les états excités de la BQG. Enfin, nous étudions la photoréponse à des photons THz incohérents d’une BQG dans le régime de blocage de Coulomb. Ces résultats ouvrent des perspectives très intéressantes pour le développement de dispositifs THz à base de BQG, comme les lasers THzThe goal of the present thesis is to explore the electronic and optical properties of graphene quantum dots (GQDs) in the THz spectral range. Using tight-binding modelling, we first calculate the energy levels of GQDs of diameters ranging from 6 to 50 nm and analyse the different nature of these energy states. We further calculate their coupling to low energy photons and determine the absorption probability spectra in the THz spectral range. We finally explore how the size, temperature and doping of the GQDs affect their absorption spectra. Secondly, we focus on the experimental investigation of the optical properties of GQDs at THz frequencies, using THz time-domain spectroscopy. Multilayer epitaxial graphene (MEG) samples are probed and then nanostructured in 107 GQDs arrays. We show that the THz response of GQDs with diameters of few tens of nm is mainly characterised by a deep absorption around 6 THz at low and room temperature. These original outcomes are supported by the theoretical analysis and are strongly different from what is observed in MEG. Finally, we study the electronic transport properties of a single GQD in the Coulomb-blockade regime. A single GQD, made of exfoliated graphene encapsulated with hBN layers, is inserted within single electron transistor coupled to a bow-tie THz antenna. Dark transport measurements in the GQD-based transistors show Coulomb blockade regime and excited states of the GQD. Finally, we provide the photoresponse of the GQD in the Coulomb blockade regime under incoherent THz illumination. These results open very exciting perspectives for the development of GQD-based devices for THz photonic applications such as THz lasers
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Betz, Andreas. "Diffusions électronique élastique et inélastique dans le graphène étudiées par le transport micro-onde et le bruit." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00784346.
Full textAbstract:
This thesis discusses the elastic and inelastic scattering in monolayer graphene, investigated by means of microwave carrier dynamics and noise. We study in a first part the high frequency properties of graphene field‐effect transistors on different substrates. Particular interest lies in the figures of merit like e.g. the transit frequency fT, defining the transistor's current amplification capabilities, and the transconductance gm representing its gate sensitivity. High values are obtained for both parameters in GHz measurements. We find in particular that these figures remain substantial even in miniaturized devices. We introduce top‐gated graphene field‐effect capacitors as a probe of the elastic scattering mechanisms in graphene. Employing similar techniques as in the transistor experiments, we are able to directly access the diffusion constant D and its dependence on carrier density. The latter is the signature of the scattering mechanism present in the graphene sheet. Our novel GHz experiments reveal a constant transport scattering time as a function of energy which is in disagreement with conventional theoretical predictions, but supports the random Dirac mass disorder mechanism. Furthermore, we study inelastic scattering of charge carriers by acoustic phonons in graphene which is among the first realizations of such an experiment in a genuine two‐dimensional geometry. A broadband cryogenic noise thermometry setup is used to detect the electronic fluctuations, the current noise, from which we extract the average electron temperature Te as a function of Joule power P. At high bias we find P∝ΣTe^4 as predicted by theory and which is the tell‐tale sign of a 2D phonon cooling mechanism. From a heat equation analysis of data in a broad bias range, we extract accurate values of the electron‐acoustic phonon coupling constant Σ. Our measurements point to an important effect of lattice disorder in the electron‐phonon energy relaxation.
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Caillard, Louis. "Grafted organic monolayer for single electron transport and for quantum dots solar cells." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066396/document.
Full textAbstract:
Nous exploitons les progrès récent dans le domaine de la fonctionnalisation du silicium. Des couches moléculaires greffées (GOM) sur du Si non oxydé ont été fabriquées par hydrosilylation pour ensuite être caractérisées par XPS et FTIR. Sa terminaison amine permet le greffage de nanoparticles d'or colloïdes (AuNP). Celles-ci ont été déposées et des mesures ont été prises avec un STM sous UHV: une double jonction tunnel est formée (1 : GOM ; 2 : vide entre la pointe et l'AuNP). Ce type de structure est connu pour permettre l'observation de transport à un électron grâce au phénomène de blocage de Coulomb. Des preuves de son observation et de sa reproductibilité ont été obtenues à 30K. Nos résultats expérimentaux sont comparés à des résultats obtenus grâce à un simulateur récemment développé et modifié pour correspondre à notre système. Nous voulons développer une technologie alternative pour la fabrication de transistors à un électron compatible avec la technologie Si actuelle. Des boîtes quantiques (NQDs) sont aussi déposées sur la GOM. Des transferts radiatifs et non radiatifs d'énergie ont récemment été observés entre NQDs et Si sur surfaces planes à l'aide de mesure en photoluminescence (PL). Nous augmentons la PL en greffant la GOM sur des nano-piliers de Si et en déposant des couches successives de NQDs pour former des multicouches. Nous proposons aussi des preuves expérimentales du transfert d'énergie dirigé entre NQDs jusqu'au substrat avec des bicouches de NQDs avec gradient de taille. Combiner tout ces résultats peut donner lieu à la fabrication de prototypes de cellules photovoltaïques efficaces pouvant rivaliser avec les technologies actuellesWe take advantage of the progresses made in the topic of silicon functionalization. Grafted organic monolayer (GOM) on oxide-free Si have been fabricated using hydrosilylation and characterized using FTIR and XPS. The obtained amine terminated GOM has been used to graft Colloidal gold nanoparticles (AuNP). They have been deposited and single electron transport measurements have been performed using STM under UHV: A double barrier tunneling junction (1: GOM; 2: vacuum between the scanning tip and the AuNP). This structure is known to exhibit single electron transport through Coulomb staircase phenomenon. Evidence for its occurrence and for its reproducibility was obtained at 30K. Experimental and simulated data were compared. The latter were acquired using a recently developed theoretical model that has been modified to model our system more accurately. Our goal is to develop an alternative technology to build single electron transistors that are compatible with current Si-based technology. Nanoquantum dots (NQDs) were also deposited on the GOM. Energy transfers through radiative and non-radiative mechanism between NQDs and substrate were observed on plane surface in recent work using photoluminescence (PL) spectroscopy. We show evidence of optimization of the PL count using GOM on silicon nanopillars and with successive grafting of NQDs to form multilayers. We also show evidence of directed energy transfer from NQDs to the silicon substrate using bilayers of NQDs with a size gradient. All these achievements can be combined for the fabrication of NQDs solar cells prototypes with an enhanced efficiency that could compete with existing technologies