Dans un semiconducteur polaire, la propagation d'un phonon optique longitudinal s'accompagne d'un champ électrique macroscopique qui se couple aux porteurs libres pour donner naissance à l'effet magnéto-polaron résonant. Cet effet est une des manifestations les plus spectaculaires de l'interaction électron-phonon dans un milieu polaire et devrait se manifester par un comportement d'anti croisement entre les niveaux de Landau. Du point de vue expérimental, les résultats sont souvent masqués par la forte absorption du substrat et cette interaction n'a jamais été clairement observée. Nous avons pu résoudre ce problème en décollant les structures de leur substrat originel de GaAs pour les recoller sur un substrat de silicium qui est transparent dans l'infrarouge lointain. Ces structures décollées nous permettent de mesurer, de manière absolue, la transmission dans la région énergétique des phonons optiques de GaAs. Je présenterai des expériences de transmission infra rouge effectuées sur une série de puits quantiques de GaAs de haute mobilité et fortement dopées en configuration de Faraday perpendiculaire et de Faraday oblique. Les résultats seront interprétés dans le formalisme de la fonction diélectrique.

L'auteur aborde dans ce mémoire l'étude expérimentale des ouvrages renforcés par des géosynthétiques en nappes horizontales, à partir d'un modèle analogique plan de Schneebell. L'originalité de l'étude réside dans l'association des nappes avec un parement cellulaire. L'introduction générale est consacrée à la présentation des différents types de murs de soutènement cellulaires. On envisage: les massifs non renforcés à parement cellulaire gravitaire, les massifs à parement gravitaire associés à un renforcement éventuel et les massifs renforcés à parement cellulaire non gravitaire. Le chapitre 1 expose le calcul des ouvrages renforcés par des nappes géosynthétiques à l'aide de deux méthodes d'équilibre limite : la méthode "Double blocs " et la méthode des perturbations ; le chapitre II présente la modélisation bidimensionnelle de ces massifs, Dans les chapitres III, IV et V sont présentés les nombreux résultats expérimentaux obtenus à partir de l'étude paramétrique pour trois inclinaisons du parement : 60°, 80° et 90°. On montre: les effets de l'espacement entre des nappes, de la tension de rupture des nappes, de la longueur de l'armature, de l'inclinaison du parement, du type de parement, sur la stabilité du massif. Les résultats expérimentaux ont systématiquement servi de validation à la méthode de calcul originale proposée pour l'étude de stabilité de ces ouvrages. Enfin, le chapitre VI présente l'étude préliminaire pour la détermination des contraintcs dans de tels massifs renforcés, ceci afin de calculer plus précisément les efforts d'ancrages des armatures. Cette étude laisse entrevoir des prolongements intéressants.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3834. Articles en anglais reproduits en annexe. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 167-171. Liste des publications.

Les polaritons inter-sous-bandes sont des excitations issues du couplage fort entre la transition inter-sous-bande d'un puits quantique et un mode photonique d'une cavité micrométrique. Dans la limite de faible densité d'excitations, c'est-à-dire quand seule une infime fraction de la mer de Fermi est excitée, ces excitations sont bien décrites par un Hamiltonien effectif bosonique et quadratique. Cependant, quand le nombre d'excitations augmente, on s'attend à observer des écarts par rapport aux prédictions issues de cet Hamiltonien. Dans cette thèse nous adaptons la méthode des commutateurs pour bosons composites aux polaritons inter-sous-bandes afin étudier les effets conjoints de l'interaction de Coulomb et du principe d'exclusion de Pauli sur leur comportement à plus haute densité. Suivant une approche microscopique, nous calculons la valeur de l'interaction à deux corps entre polaritons et nous expliquons comment elle peut être encodée dans un Hamiltonien effectif bosonique et quartique. Finalement, en utilisant des paramètres réalistes, nous montrons que l'interaction entre polaritons inter-sous-bandes peut-être importante, et ce, particulièrement dans le THz. Ce résultat ouvre la voie à de futurs travaux en optique non linéaire à base de polaritons inter-sous-bandes. Les principaux résultats de ce travail sont publiés dans la référence [1].

Cette thèse est consacrée à l'étude du transport dynamique subnanoseconde de charges<br />dans un conducteur quantique modèle : le circuit RC quantique. En appliquant des tensions<br />hyperfréquence sur une grille située au dessus d'une boîte quantique de taille submicronique,<br />on peut sonder la dynamique de transfert de charges de la boîte vers son réservoir. Dans<br />le régime linéaire, elle est caractérisée par une capacité quantique reliée à la densité d'états<br />de la boîte et une résistance de relaxation de charge constante et égale au demi quantum<br />de résistance h/2e^2 lorsqu'un seul mode de conduction est transmis du réservoir à la boîte. Je<br />me suis plus largement consacré à l'étude du régime non linéaire obtenu en appliquant des<br />tensions créneau d'amplitude comparable à l'énergie d'addition de la boîte (énergie nécessaire<br />pour ajouter une charge élémentaire). J'ai mis en évidence dans ce régime une quantification<br />du courant alternatif en unité de 2ef qui traduit l'émission et l'absorption par la boîte d'une<br />charge unique à chaque période du signal d'excitation. Ce dispositif fonctionne alors comme<br />une source d'électrons uniques analogue aux sources de photons uniques en optique. L'évolution<br />du temps d'émission de la charge par effet tunnel en fonction des différents paramètres<br />contrôlables (couplage de la boîte au réservoir, potentiel de la boîte ...) a été déterminée dans<br />une large gamme temporelle, de la centaine de picosecondes à la dizaine de nanosecondes. Ces<br />résultats sont en excellent accord avec un modèle théorique simple que j'ai développé durant<br />ma thèse. Ils ouvrent la voie à des expériences d'optique électronique à une seule particule.

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la croissance de réseaux 2D covalents nanoporeux sur des substrats métalliques monocristallins en conditions ultravide. La réalisation de tels réseaux bidimensionnels nanostructurés met en jeu l’assemblage de briques élémentaires par des réactions de polymérisation sur surface qui sont ensuite caractérisées par microscopie à effet tunnel. La réaction étudiée est la condensation par déshydratation des groupes acides boroniques de l’acide 1,4-benzènediboronique conduisant à la formation d’un réseau aux pores hexagonaux de 15Å. L’étude se focalise spécifiquement sur l’influence de la fonctionnalisation du monomère (l’ajout de substituants ou d’hétéroatomes sur le cycle aromatique) sur les propriétés de la molécule et son impact sur la croissance du réseau. Une seconde famille de molécule fonctionnalisée a été étudié à partir de l’acide 1-bromo-4-benzèneboronique, qui par la substitution d’un acide boronique par un brome permet de modifier le mécanisme de polymérisation et ainsi de ralentir la cinétique de réaction. Les travaux réalisés portent sur la synthèse des deux familles de molécules, sur la caractérisation de l’évolution de leurs propriétés (polymérisation, dégradation) et sur leur capacité à former des réseaux covalents 2D ordonnés. Il a ainsi été possible de déterminer de manière qualitative les paramètres critiques qui gouvernent l’assemblage des molécules pour optimiser la croissance de réseaux fonctionnalisés. / The work presented in this thesis relates to the growth of 2D covalent organic frameworks on single crystal metal substrates in UHV conditions. The realization of such nanostructured two-dimensional networks involves the assembly of building blocks by polymerization reactions on surface that are characterised by scanning tunnelling microscopy. The chosen reaction is the condensation by dehydration of boronic acid groups from the 1,4-benzenediboronique acid leading to the formation of a nanoporous network with 15 Å hexagonal pores. The study focuses specifically on the effect of the monomer functionalization (addition of substituents or hetero atoms on the aromatic ring) regarding the molecule properties and its impact on the network growth. A second functionalized molecule family has also been studied from the 1-bromo-4-benzene boronic acid in which a boronic acid is substituted by a bromine group. This allows kinetic control of the polymerization. The work done relates to the synthesis of the two kind of functionalized molecules, the characterization of the evolution of their properties (polymerization, degradation) and their ability to form ordered 2D covalent networks. It was thus possible to determine qualitatively the critical parameters that govern the assembly of molecules to optimize the growth of functionalized networks.

De nombreuses propriétés étonnantes ont été récemment découvertes à l’interface de deux perovskites isolantes l’une polaire l’autre non polaire. La discontinuité de charge à l’interface LaAlO3/SrTiO3 engendre un gas d’électron quasi-bidimensionnel qui confère un caractère métallique à cette interface. Les mécanismes locaux et la quantification des propriétés ne font pas consensus car l’interdépendance de facteurs structuraux, chimiques et électroniques complexifie la résolution du problème posé. Une catastrophe polaire, des distorsions structurales, des lacunes d’oxygène, une interdiffusion cationique et une non stœchiométrie du film ont été séparément avancées pour expliquer cette conduction. Dans le cadre d’un programme international, nous avons reçu des héterointerfaces conductrices et isolantes élaborées par ablation laser pulsé (PLD). L’origine des porteurs de charge a été recherchée par une approche globale liant procédé, structure et propriétés électriques (mesurées dans le consortium). Nous avons systématiquement analysé les interfaces en combinant imagerie à haute résolution (STEM-HAADF) et spectroscopies électroniques (EELS) et ioniques (MEIS). Une non planéité des couches atomiques, une interdiffusion cationique et un transfert d’électrons permettent de réduire la divergence de potentiel, la catastrophe polaire n’a donc pas lieu. La formation de défauts donneurs à la surface du film devient favorable au-delà d’une épaisseur critique. Les électrons sont transférés à l’interface dans la bande de conduction du STO. Nous avons mis en évidence un mécanisme de compensation concurrentiel de la charge interfaciale par des lacunes de strontium chargées négativement, qui mettent le substrat en compression plane et s’opposent au confinement 2D électrons. La variation des paramètres procédés, tels que la durée du dépôt, la pression partielle en oxygène, la température et la stœchiométrie de la plume déplace l’équilibre des différents mécanismes mis en évidence. Ce travail démontre la relation complexe liant procédé, propriétés électriques et distribution des défauts autour de ces interfaces singulières. / Novel behavior at the interface between two insulating polar/non polar perovskites has been recently discovered. The polarization discontinuity at LaAlO3/SrTiO3 drives the formation of quasi two dimensional electron gas. Both the local mechanism and quantification of such behavior remain unclear due to interplay of structural, chemical and electronic factors. Several mechanisms have been proposed, such as the polar catastrophe, structural distortions, oxygen vacancies, cationic intermixing at the interface and film non-stoichiometry. In the frame of an international project conductive and insulating heterostrucutres have been synthetized by Pulsed-Laser Deposition. In this thesis, we have developed a comprehensive approach to investigate the origin of the charge carriers. The interfaces have been systematically analyzed by combining high resolution imaging (STEM-HAADF) to atomic resolved electron (EELS) and ion (MEIS) spectroscopies. The observed and quantified parameters have been related to the electrical properties of the interfaces measured in the consortium. Buckling of the atomic layers, intermixing and electron transfer reduce the polar divergence. This rules out the polar catastrophe scenario. The formation of donor defects at the film surface is favored above a critical film thickness. Electrons are transferred to interface in the STO conduction band. A competing compensation mechanism of the positive interfacial charge by negatively charged strontium vacancies has been demonstrated that generates an in plane compression of the STO, unfavorable for a strict 2D confinement of the charges. Varying the process parameters such as growth duration, oxygen partial pressure, temperature, and plume stoichiometry shift the equilibrium of the different mechanisms highlighted. This thesis emphasizes the complex relations between the process and the properties through the defects distribution around these singular interfaces.

Ce manuscrit présente une étude expérimentale d'un gaz de 87Rb ultra-froid confiné à deux dimensions et en présence de désordre. Dans une première partie, nous mettons en place les outils expérimentaux développés pour manipuler les gaz confinés. Après un état de l'art sur l'apport de la communauté des atomes froids aux gaz de Bose 2D, nous détaillons notre expérience, en l'absence de désordre, qui par une comparaison fine avec des simulations Monte-Carlo quantique et grâce à une thermométrie en temps de vol très précise, a permis de quantifier l'apparition de la cohérence autour la transition de phase superfluide Berzinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT). La seconde partie est dédiée à l'effet d'un potentiel désordonné généré optiquement et corrélé microscopiquement sur les propriétés de transport et de cohérence du gaz 2D en interaction. Cette partie suit la progression de l'expérience du régime de transport classique, dans lequel nous avons mesuré la dépendance du coefficient de diffusion classique en fonction de l'énergie de la particule, jusqu'au transport quantique, que nous avons atteint grâce à une ultime méthode de ralentissement. Sur la route entre ces deux régimes, nous observons un décalage vers les faibles entropies de l'établissement de la cohérence autour de la transition BKT provoqué par l'ajout adiabatique d'une quantité modérée de désordre ainsi que sa suppression pour un désordre de l'ordre de la température du nuage. Ce travail est une étape vers une étude expérimentale de la transition quantique vers le verre de Bose mettant en jeu à la fois désordre et interactions. / This manuscript shows an experimental study of a disordered ultra-cold 87Rb gas confined in two dimensions.In the first part, we set up the experimental tools used to manipulate the confined gases. After a state of the art in ultracold 2D Bose gases, we describe our disorder-free experiment from which, by a comparison with quantum Monte-Carlo calculations and thanks to an accurate time-of-flight thermometry, we are able to quantify the emergence of coherence around the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless superfluid phase transition. The second part is devoted to the effect of a micrometer-range optically generated disordered potential on the transport and coherence properties of the interacting 2D gas. This part follows the experimental road from the regime of classical transport, in which we have measured the energy dependence of the classical diffusion coefficient, to the regime of quantum transport we have just reached thanks to a last cooling step. On the road between those two regimes, we observe a shift towards lower entropy of the emergence of coherence close to the BKT transition as a response of an adiabatic addition of a moderate amount of disorder. It is strongly suppressed for an amount of disorder of the order of the cloud temperature. This work is a first step to an experimental study of the quantum transition to the Bose-Glass phase involving disorder and interaction.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la croissance de boîtes quantiques par formation de nano-trous in-situ par « droplet-etching » ainsi qu’à la fabrication et caractérisation de dispositifs basés sur ces nanostructures. La thèse comporte sept chapitres. Le premier chapitre est une introduction au sujet et les méthodes expérimentales sont présentées dans le second chapitre. Les méthodes de fabrication ainsi que les résultats expérimentaux obtenus sont discutés dans le troisième chapitre.Nous montrons que l’utilisation in-situ de la méthode de droplet-etching permet de modifier localement l’épaisseur d’un puits quantique à modulation de dopage et créer des boîtes quantiques dans le puits où existe un gaz bidimensionnel d’électrons. Ces nanostructures constituent des diodes n-i Schottky que nous avons étudié. Les effets de ces boîtes quantiques non-contraintes et les fluctuations d’épaisseur à l’échelle nanométrique du puits quantique sur la mobilité du gaz bidimensionnel d’électrons sont discutés dans le quatrième chapitre et cinquième. Le sixième chapitre présente la fabrication d’une jonction p-n latérale basée sur l’échantillon de puits quantique avec des boîtes. Nous discutons les différentes étapes de fabrication et analysons leur influence sur le dispositif, ainsi que leurs propriétés optiques. En particulier, nous démontrons l’électroluminescence d’une boîte unique localisée dans une jonction p-n latérale. Finalement, le dernier chapitre conclue ce travail et en présente les perspectives. / In this thesis the formation of quantum dots (QD) via in-situ droplet nanohole etching, the fabrication and characterization of devices based on these nanostructures is described. The thesis consists of seven chapters. In the first chapter an introduction is given to present the topic to the reader. In the second chapter the experimental methods are presented. In the third chapter, the fabrication method is described and the experimental results obtained in this project are discussed. It will be shown the use of in-situ droplet etching to locally modify the thickness of a modulation doped quantum well, to create QDs embedded in a quantum well(QW) where a two dimensional electorn gas (2DEG) is confined by modulation doping and the embedding of these nanostructures in a n-i-Schottky diode. The effect of these strain-free dots, and the related nanoscale thickness fluctuations of the quantum well, on the 2DEG mobility are discussed in the fourth and in particular in the fifth chapter. In the sixth chapter, the fabrication of a lateral p-n junction based on the QW sample with embedded QD is presented. Following describing the fabrication stages and analysing the influence of each stage on the device, the optical properties of the junction will be discussed. In particular, it will be shown the electroluminescence of a single dot located at lateral the p-n junction. Finally, in the last chapter the conclusion of this work and the future projects are presented.

Cette thèse porte sur le gaz de Bose à basse température. La première partie présente le lien mathématique entre la condensation de Bose-Einstein et le groupe des permutations. L'expression de la fonction de partition bosonique en intégrale de chemin fait apparaître la factorisation en produit de cycles des permutations. Pour un gaz de Bose idéal, l'existence d'un condensat de Bose-Einstein est équivalente à l'apparition de cycles de longueur infinie. La discussion s'étend ensuite aux gaz en interaction, et à l'étude de la superfluidité. La deuxième partie se concentre sur les gaz atomiques ultra-froids quasi-bidimensionnels, qui sont l'objet d'expériences récentes. L'approche du gaz de Bose en intégrale de chemin a permis de clarifier le rôle de l'excitation thermique résiduelle du mouvement vertical. Un modèle de champ moyen tenant compte de la troisième dimension est en accord avec les résultats numériques et expérimentaux, au-dessus de la température critique. Les déviations par rapport à la théorie de champ moyen sont étudiées au voisinage de la transition superfluide, où le gaz entre dans un régime dégénéré avec de forts effets de corrélations de paires.