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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (26/11/2009), Jean-Marc Berroir (Dir.)
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Manuscrit_Adrien_Mahe.pdf(4.9 MB)
Bruit de charge d'une source d'électrons uniques subnanoseconde.
Adrien Mahé1

L'objet de cette thèse est la caractérisation d'une source d'électrons uniques subnanoseconde réalisée à partir d'une boîte quantique dans un gaz bidimensionnel d'électrons. Nous avons tout d'abord mis en évidence la quantication du courant alternatif moyen en unités de 2ef, où f est la fréquence d'excitation de la source, lorsque la tension appliquée compense l'énergie d'addition de la boîte. Cette quantication correspond à l'injection d'un unique électron et d'un unique trou par période du signal excitateur, au début de chaque alternance. Le temps de sortie des charges, mesuré expérimentalement, est contrôlé par la transmission de la barrière tunnel entre la boîte et le réservoir. Nous avons ensuite construit un dispositif cryogénique original de mesure de bruit haute fréquence extrêmement sensible et très stable, qui nous a permis de mesurer le bruit de la source d'électrons uniques. Nos résultats sont en très bon accord avec deux modèles théoriques que nous avons développés. Le premier est un modèle de diusion que nous avons adapté à l'étude de notre source, permettant l'étude numérique du bruit en fonction d'un grand nombre de paramètres. Le second est un modèle heuristique simple, permettant de mieux comprendre les origines physiques du bruit observé. Nous avons ainsi identié un régime de bruit de grenaille, lorsque la charge émise par demi-période est très petite devant 1. À l'inverse, lorsque la charge émise par demi-période est proche de 1, le modèle prédit un régime de bruit de phase correspondant à l'incertitude quantique sur l'instant de sortie des charges. L'accord observé avec les mesures conrme l'émission de charges uniques par notre source dans certains régimes. Celle-ci sera ensuite utilisée pour réaliser des expériences similaires à celles de l'optique quantique avec des électrons uniques.
1 :  LPA - Laboratoire Pierre Aigrain
Physique mésoscopique – gaz bidimensionnel d'électrons – boîte quantique – dynamique électronique cohérente subnanoseconde – source d'électrons uniques – bruit haute fréquence.

This thesis is devoted to the characterization of a subnanosecond single electron source made of a quantum dot in a two dimensional electron gas. We observed the quantization of the AC current in units of 2ef, where f is the frequency of the excitation. This value of the current corresponds to the injection of a single electron and a single hole at each period of the excitation signal. The escape time of the charges is controlled by the tunable tunnel barrier between the quantum dot and the reservoir. We designed an original cryogenic high frequency noise measurement device with ultra high sensitivity and stability, which made the single electron source noise measurable. Our measurements are in very good agreement with two theoretical models that we have developed. The rst one describes the single electron source in a diusion model, and takes into account all the sample parameters. The second one is a heuristic model and gives more insight into the physics involved in the noise. We dierentiate between a shot noise regime, when the current of the source is small compared to 2ef, and a phase noise due to the quantum jittering of the emission time in the single charge emission regime. The quantitative agreement between modeling and experiment conrms the existence of a single charge emission regime for our source. This source paves the way for quantum optics like experiments with single electrons.