Bruit quantique électronique et photons micro-ondes
Résumé
This work is devoted to the experimental study of quantum electronic noise in mesoscopic conductors. In the first part of this thesis, we studied shot noise in a one-dimensional ballistic conductor: a quantum point contact (QPC). We showed experimentally that, when one of the QPC contacts is irradiated with microwave photons, we observe partition noise in the absence of net current flowing through the sample. Thus, we validate the scattering theory of photo-assisted shot noise first by measuring the Fano factor without bias voltage across the conductor, and then by measuring shot noise in the doubly non equilibrium situation, where both a bias voltage and a microwave modulation are applied. In the second part, we realized the first tests of a new experimental set-up which will be able to measure high frequency noise of a mesoscopic conductor and the photon statistics emitted by this conductor in the measurement circuit. These tests consist in realizing Hanbury-Brown and Twiss type experiments (intensity interferometry) with two kinds of microwave photon source. First, we used a thermal incoherent source (macroscopic 50 Ohms resistor). It showed super-Poissonian noise, since the power fluctuations are proportional to the square of the mean photon power. Secondly, we studied a classical monochromatic source, which shows a Poissonian statistics. The giant Fano factor measured is perfectly explained by the attenuator and amplifier noise
Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale du bruit quantique électronique d'un système mésoscopique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés au bruit de partition d'un conducteur unidimensionnel balistique : un contact ponctuel quantique (QPC). Nous avons montré que, lorsque l'un des contacts du QPC est modulé par une onde radio-fréquence, il apparaît un bruit de partition en l'absence de courant moyen à travers le conducteur. Nous avons ainsi validé la théorie de la diffusion appliquée au bruit photo-assisté, d'une part en mesurant le facteur de Fano en l'absence de tension appliquée au QPC, et d'autre part en mesurant le bruit en présence d'une tension continue et d'une irradiation micro-onde. Dans une seconde partie, nous avons testé le système de mesure d'une nouvelle expérience qui, à terme, permettra de mesurer le bruit à haute fréquence d'un conducteur mésoscopique, ainsi que la statistique des photons qu'il émet dans le circuit de mesure. Le test a consisté à réaliser des expériences de type Hanbury-Brown et Twiss (interférométrie d'intensité) avec deux types de sources de photons micro-ondes. D'abord, nous avons utilisé une source thermique incohérente (résistance macroscopique de 50 Ohms) qui présente une statistique super-poissonnienne : les fluctuations de puissance sont proportionnelles au carré de la puissance moyenne émise par la source. Puis nous avons mis en évidence la statistique poissonnienne d'une source classique monochromatique, et nous avons montré que le facteur de Fano géant mesuré est parfaitement expliqué par le bruit des chaînes d'amplification.
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