L'usage du spin des électrons pour le traitement de l'information est devenu un vaste sujet de recherche aujourd'hui, notamment grâce aux nombreuses possibilités qui en découlent. Les recherches actuelles s'étendent de la génération de courants polarisés en spin à la manipulation cohérente de spin d'électrons uniques dans des boîtes quantiques, avec des applications en électronique de spin ou en information quantique. L'objectif de cette thèse est d'étendre le développement de l'électronique de spin à l'échelle de l'électron unique. Pour cela, nous cherchons à accomplir le transport cohérent d'un spin d'électron entre deux boites quantiques. Cela constituerait un moyen prometteur d'interconnecter les différents nœuds d'un nanoprocesseur quantique. Le principe utilisé repose sur l'emploi d'ondes acoustiques de surface qui, grâce aux propriétés piézoélectriques du matériau, permettent la génération de boites quantiques en mouvement. Tout d'abord, une étude de l'injection d'un électron dans une de ces boites quantiques en mouvement a été effectuée. Le contrôle à la nanoseconde de ce processus a été démontré grâce à l'application de pulses de tension modifiant pendant un bref instant le potentiel qui confine l'électron. Dans un deuxième temps, la préparation d'une superposition cohérente d'états de spin a été réalisée à l'aide d'une double boite quantique isolée, dans une position compatible avec le transport par onde acoustique de surface. Enfin, le transport d'information de spin, codée sur un unique ou sur deux électrons, a été accompli avec une fidélité atteignant 30%. / Recently a growing interest emerged towards the use of electron spins for information processing. The current developments range from the generation of spin polarized currents to the coherent manipulation of single electron spins in quantum dots, with applications in spintronics and quantum information processing respectively. The main objective of this thesis was to develop the equivalent of spintronics at the single electron level. For that purpose, we try to achieve the coherent transport of a single electron spin between distant quantum dots. This could be a promising means of interconnecting different nodes of a quantum nanoprocessor. The electron transfer is ensured by a surface acoustic wave (SAW) that induces dynamical quantum dots thanks to the material piezoelectricity. First, the injection of a single electron from a static to a dynamical quantum dot has been studied. It enables the control of single electron transfer with unity probability down to the nanosecond timescale, thanks to a fast engineering of the static confining potential. Next, we demonstrate the possibility to prepare a coherent spin superposition, using an isolated double quantum dot in a metastable position that is compatible with SAW-assisted electron transfer. This type of isolated dot systems offers more liberty in terms of control. Taking advantage of this feature, a new scheme for coherent spin manipulations has been implemented and proved to have reduced noise sensitivity. Finally, transfer of spin information encoded in one or two electrons has been achieved, with fidelities reaching 30%.

Dans ma thèse, je discute des phénomènes collectifs dynamiques impliquant des excitons et des exciton-polaritons dans des nanostructures de semiconducteurs. Dans le premier chapitre j’introduis brièvement des éléments de physique des semiconducteurs. Les quatre chapitres suivants sont dédiés à la présentation de résultats originaux. Le chapitre 2 décrit les phénomènes d’interaction cohérente entre phonons et condensats d’exciton. Le chapitre 3 décrit un laser à boite quantique dont l’émission peut être amplifiée par l’excitation par un pulse acoustique. Les chapitres 4 et 5 sont respectivement dédiés à l’étude du phénomène de multistabilité des exciton-polaritons et à l’étude d’un condensat d’excitons indirects. / In my thesis I will discuss some aspects of collective dynamics of excitons and exciton-polaritons in nanoscale heterostructures. In the first Chapter I will make a brief introduction to the modern semiconductor physics and willdescribe the general elements and notions which will be used further. Other four chapters would be devoted to four works in which I participated, notably, in Chapter 2 I will speak about the coherent interactions between phonons and exciton orexciton-polariton condensates, in Chapter 3 I will discuss the quantum dots lasing and its amplification by an acoustic pulse. Chapter 4 and 5 will be devoted respectively to the polariton multistability and to the condensates of indirect excitons.

Les nanostructures de semiconducteurs II-VI ont de nombreuses applications en microélectronique, optoélectronique et photonique. Notamment, les boites quantiques II-V peuvent servir de source de photons uniques. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la caractérisation chimique et structurale des nanostructures de semiconducteurs II-VI (boites quantiques (BQs) auto-organisées, nanofils II-VI et III-V …) par sonde atomique tomographique (SAT). Dans un premier temps, nous avons optimisé les conditions d’analyse des semiconducteurs III-V et II-VI par SAT. Ensuite, nous avons étudié les compositions chimiques des interfaces II-VI/III-V en montrant la formation d’un composé Ga2.7Se3 à l’interface ZnSe/GaAs et un mélange de cations (Ga, Zn) à l’interface ZnTe/InAs. Les mesures de compositions chimiques et des tailles des boites quantiques en trois dimensions par SAT ont permis de faire une corrélation avec les mesures optiques. Nous nous sommes aussi intéressés à l’étude des mécanismes de croissance des nanofils GaAs et ZnTe ainsi que des BQs (CdTe) insérés dans des nanofils ZnTe en analysant la composition chimique des catalyseurs, les BQs dans les nanofils aussi que la base des nanofils. Ces mesures montrent que les boites quantiques sont formées d’un fort mélange CdxZn1-xTe. Un scénario basé sur la diffusion de surface a été proposé pour expliquer la croissance ainsi que le mélange entre Zn/Cd pour les BQs insérées dans les nanofils. / Nanostructures of II-VI nanostructure have many applications in microelectronics, optoelectronics and photonics. For example, II -V quantum dots have shown the ability to be a source of single photons. In this work, we performed in the chemical and structural characterization of nanostructures of II-VI semiconductors (self- organized quantum dots (QDs), nanowires II-VI and III- V ...) by atom probe tomography (APT). Firstly, the analysis conditions of III-V and II- VI semiconductors by APT were optimized. Then, we studied the chemical composition of II-VI/III-V interfaces and showed the formation of a Ga2.7Se3 compound at the ZnSe/GaAs interface and the (Ga, Zn) cations mixing at the ZnTe/InAs interface. The measurements of the chemical composition and the sizes of quantum dots in three dimensions by APT allowed making a correlation with optical measurements. We studied also growth mechanisms of GaAs, ZnTe nanowire and the CdTe QDs inserted in ZnTe nanowires by analyzing the chemical composition of the catalysts QDs and nanowires basis. These measurements show that the quantum dots are formed of a strong mixing of CdxZn1-xTe. A scenario based on surface diffusion has been proposed to explain the growth and the mixing between Zn/Cd for the QDs.