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 haute fréquence d'un conducteur unidimensionnel balistique : un contact ponctuel quantique (QPC). Nous avons mesuré, via la puissance de bruit transmise dans notre circuit de détection, la densité spectrale de bruit à fréquence f, où f varie entre 4 et 8GHz, en fonction de la tension de polarisation V appliquée au QPC. Nous avons mis en évidence sa singularité en V = hf=e. Nous avons également étudié sa dépendance en fonction de la transmission du QPC, et avons ainsi éprouvé, en limitant le nombre de paramètres ajustables, la théorie de la diffusion appliquée au bruit haute fréquence d'un conducteur sans interactions. Dans une seconde partie, nous avons réalisé une expérience de type Hanbury-Brown et Twiss (interf érométrie d'intensité) permettant de sonder la statistique des photons émis, dans le circuit de mesure, par le bruit de grenaille d'une jonction tunnel de faible résistance. Nous avons montré que les uctuations de courant de ce conducteur à grand nombre de canaux de conduction, produisent un rayonnement chaotique : la statistique de la population de photons de fréquence f est superpoissonnienne, ce qui se traduit par des uctuations de puissance proportionnelles au carré de la puissance moyenne émise par la source. A terme, le montage expérimental est destiné à l'étude du rayonnement émis par le bruit de grenaille d'un QPC, qui pourrait, selon de récentes prédictions théoriques, être de nature non classique (statistique sous-poissonnienne).

Le travail proposé dans cette thèse est basé sur des expérience de corrélation de photons faites sur un émetteur de photon unique semi conducteur: une boite quantique de CdSe dans un nanofil de ZnSe. La première démonstration d'émission de photons unique d'une boite quantique épitaxiée à température ambiante y est présentée. Pour expliquer ce résultat, nous avons étudie expérimentalement et théoriquement l'efficacité de couplage exciton-phonon et ses conséquences sur l'intensité de l'exciton avec la température. Nous présentons également des résultats optiques portant sur la robustesse de cette structure à haute température. La technique de corrélation de photons est également appliquée sur des boites quantiques chargées. la présence du exciton chargé nous a permis de sondé la structure fine du trio excité, de décrire ses processus de relaxations et d'obtenir une mesure direct du temps de spin flip du trou sur l'état p. Des indication sont également données sur la nature possible du dopage. Nous avons aussi étudié la diffusion spectrale de l'émetteur causée par les fluctuations électroniques de son environnement. Par un travail théorique nous montrons comment interpréter l'effet de l'élargissement phonon de la raie homogène, (processus poissonien) combiné avec l'effet de la diffusion spectral (processus markovien) sur la fonction de corrélation de la demi-raie. Grâce à l'expérience, nous concluons sur la statistique de l'énergie d'émission de l'émetteur à haute température. Nous appliquons cette théorie sur les nanofils et interprétons les dépendances en température et en puissance des fluctuations de l'environnement grâce au modèle de Kubo-Anderson.

Le travail proposé dans cette thèse est basé sur des expérience de corrélation de photons faites sur un émetteur de photon unique semi conducteur: une boite quantique de CdSe dans un nanofil de ZnSe. La première démonstration d'émission de photons unique d'une boite quantique épitaxiée à température ambiante y est présentée. Pour expliquer ce résultat, nous avons étudie expérimentalement et théoriquement l'efficacité de couplage exciton-phonon et ses conséquences sur l'intensité de l'exciton avec la température. Nous présentons également des résultats optiques portant sur la robustesse de cette structure à haute température. La technique de corrélation de photons est également appliquée sur des boites quantiques chargées. la présence du exciton chargé nous a permis de sondé la structure fine du trio excité, de décrire ses processus de relaxations et d'obtenir une mesure direct du temps de spin flip du trou sur l'état p. Des indication sont également données sur la nature possible du dopage. Nous avons aussi étudié la diffusion spectrale de l'émetteur causée par les fluctuations électroniques de son environnement. Par un travail théorique nous montrons comment interpréter l'effet de l'élargissement phonon de la raie homogène, (processus poissonien) combiné avec l'effet de la diffusion spectral (processus markovien) sur la fonction de corrélation de la demi-raie. Grâce à l'expérience, nous concluons sur la statistique de l'énergie d'émission de l'émetteur à haute température. Nous appliquons cette théorie sur les nanofils et interprétons les dépendances en température et en puissance des fluctuations de l'environnement grâce au modèle de Kubo-Anderson. / The work proposed in this thesis is based on photon correlation experiments performed on a semi-conductor single photon emitter: CdSe/ZnSe nanowire quantum dot. Is presented the first demonstration of single photon emission at room temperature from an epitaxied quantum dot. To explain this result we investigated by a theoretical and experimental study, the exciton-phonon coupling efficiency and its consequence on the exciton luminescence intensity with temperature. We also present optical results on the robustness against temperature of this structure. Photon correlations techniques are also applied on charged quantum dots. Presence of the charged biexciton allowed to probe the fine structure of the excited trion, to describe its carrier relaxation processes, and to obtain a direct measurement of the p-shell hole spin flip time. Indications are also given on the possible doping nature. We also investigated spectral diffusion of the emitter caused by electronic fluctuations of the environnement. By a theoretical work, we show how to model the effect of the homogeneous phonon broadening, (poissonian emission energy process) combined with the spectral diffusion effect (markovian emission energy process) on the half line autocorrelation function. Thanks to experiments, We conclude on the statisic of the emission energy of the emitter at high temperature. We apply this theory on CdSe/ZnSe nanowire quantum dots and interpret temperature and power dependance of the environnement fluctuation thanks to the Kubo-Anderson Model.

Le présent travail se concentre sur l'étude des niveaux d'énergie et des processus de recombinaison de complexes excitoniques larges - jusqu'à quatre paires électron-trou - considérés au niveau d'une boîte quantique unique remplie optiquement. Les boîtes étudiées dans ces expériences, formées à partir d'une matrice de Ga(Al)As, représentent un système à zéro dimension avec un confinement relativement fort et peuvent en effet avoir plusieurs couches électroniques s, p, comme dans le cas d'atomes. Les boîtes peuvent être facilement sélectionnées à l'état individuel du fait de la très faible densité de surface des structures considérées. Les techniques expérimentales utilisée dans ce travail comprennent : les méthodes de spectroscopie sur boîtes uniques, la détection optique résolue en polarisation, l'utilisation de champs magnétiques intenses et des mesures de corrélation de photons. En ce qui concerne les expériences de photoluminescence, nous avons distingué les excitations en dessous de la barrière de celles se produisant en dessus. Finalement, des expériences de spectroscopie d'excitation de la photoluminescence ont aussi été réalisées en champ magnétique.En fonction des conditions d'excitation, les boîtes étudiées présentent une multitude de raies relativement étroites, chaque boîte révélant un schéma caractéristique de raies groupées en amas distincts, similaires à une série de couches électroniques pour un atome. La présente étude s'est concentrée sur l'intervalle spectral correspondant aux couches électroniques s et p. L'identification des raies spectrales s'est principalement basé sur les résultats obtenus lors d'observations résolues en polarisation ou bien lors de mesures de corrélation de photons. Ces expériences révèlent trois familles distinctes de raies d'émission, chacune étant respectivement reliée à un complexe électron-trou (excitonique) neutre, chargé positivement, ou bien négativement. Une attention particulière a été portée aux raies d'émission observées dans une cascade en quatre étapes partant d'un complexe à quatre excitons, jusqu'au niveau de la recombinaison d'un exciton neutre, ainsi que celles observées dans une cascade en deux étapes partant d'un bi-exciton chargé positivement, jusqu'à la recombinaison d'un état singulet ou triplet d'un exciton chargé positivement. La structure fine induite par les interactions d'échange - et préalablement observée lors des mesures résolues en polarisation à champ magnétique nul - a été étudiée pour différentes raies d'émission. L'évolution de ce dédoublement de raies a été examiné en fonction du champ magnétique. Les résultats sont interprétés en terme d'anisotropie de forme des boîtes et d'une interaction avec les effets spin-orbite, caractéristiques des différents processus de recombinaison. Une partie importante de ce travail a été dévolue à la comparaison entre le spectre d'émission mesuré pour des puissances d'excitations relativement importantes avec les spectres d'excitation de la photoluminescence. De telles expériences ont aussi été conduites sous champ magnétique. Comme attendu, les spectres d'émission des complexes excitoniques d'ordres élevés sont particulièrement affectés par les interactions coulombiennes entre porteurs, et sont par conséquent très différents des spectres d'excitation de la photoluminescence (quasi-absorption) des excitons neutre et chargés. Deux types d'évolution en champ magnétique de raies d'absorption observées (résonance) - reliées aux couches s et p - ont été mesurés. Les résonances de type s sont attribuées à la transition entre un niveau excité de trou de la bande de valence et l'état fondamental de la couche s dans la bande de conduction. Une raie d'émission, observée dans le groupement de la couche p, coïncide cependant avec la raie d'absorption. Nous concluons que cette résonance vient d'un état excitonique excité qui se recombine de manière radiative dû à un blocage efficace de sa relaxation vers l'état fondamental. / The studies of energy levels and of recombination processes of single quantum dots, optically filled with up to four electron-hole pairs are the subject of this work. The dots used in the present experiments, formed out of the Ga(Al)As matrix, represent relatively strongly confined zero-dimensional systems, and display several, atomic-like s-, p-,. . . shells. Single dots can be easily selected in our structures as they exhibit an extremely low surface density. Experimental techniques applied in this work include the methods of single dot spectroscopy, polarization resolved techniques, application of magnetic fields and photon correlation measurements. Distinct, below- and above-dot-barrier laser excitation has been used for photoluminescence experiments. Importantly, the photoluminescence excitations experiments (in magnetic fields) have been carried out, as well.Depending on excitation conditions (power and wavelength of laser), the investigated dots show a multitude of relatively sharp lines, each dot displaying the same, characteristic pattern of lines, grouped into distinct clusters corresponding to subsequent atomic-like shells. Spectral range covering the s- and p-shells region has been explored in the present studies. The assignment of spectral lines has been at large provided by the results of polarization resolved micro-photoluminescence and photon correlation experiments. Those experiments depict three distinct families of emission lines, each related to recombination of, correspondingly, neutral, positively charged and negatively charged electron-hole (excitonic) complexes. The emission lines observed within a four step cascade of a neutral quadexciton down to the recombination of a neutral exciton and two step cascades of positively charged biexcitons down to the recombination of a singlet and triplet state of positively charged excitons have been studied in details. The fine structure, induced by exchange interactions and preliminarily seen in (linear) polarization resolved emission experiment at zero magnetic field, has been studied for various emission lines (related to s- and p- shells). The evolution of this splitting has been then investigated as a function of the magnetic field. The results are interpreted in terms of the shape anisotropy of dots and an interplay between spin- and orbital-mediated effects, characteristic of different recombination processes. A significant portion of this work has aimed to compare the emission spectra measured at a relatively high excitation power (which include the recombination processes of up to quadexciton complexes) with photoluminescence excitation spectra (which probe the excited states of a single exciton). Such experiments have been also carried out as a function of the magnetic field. As expected the emission spectra of high order excitonic complexes are indeed greatly affected by Coulomb interactions between carriers and in consequence are in general very different from the photoluminescence excitation spectra (quasi absorption) of a neutral and charged exciton. Two types of the magnetic field evolution of detected absorption lines (resonant peaks), the s- and p-shell related, have been measured. The s-shell like resonant peaks were attributed to the transition between the excited hole levels in the valence band and the ground s-shell level in the conduction band. Nevertheless, there exists an emission line which is observed within the p-shell cluster, and which coincides with the absorption line. That "coinciding resonance" is concluded to be an excited excitonic state which recombines radiatively due to efficient blocking of its relaxation towards the ground state.

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.

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale et théorique des corrélations de photons diffusés par des atomes refroidis par laser. Le spectre de corrélations d'intensité (ou, dans le domaine temporel, la fonction de corrélation) fournit différents types d'information selon la nature de l'échantillon atomique. Dans le cas d'un gaz d'atomes désordonné, nous montrons qu'il permet de mesurer là température de l'échantillon, mais c'est dans le cadre de l'étude de la dynamique atomique dans un potentiel optique tridimensionnel et périodique (un réseau atomique) que la technique se révèle la plus intéressante. Les spectres et fonctions de corrélations, interprétés grâce à des modèles numériques que nous exposons en détail, donnent en effet accès aux propriétés du transport des atomes dans le réseau, à petite comme à grande échelle. A l'instar d'autres techniques éprouvées, les corrélations d'intensité permettent de caractériser en détail la dynamique locale et le mouvement vibrationnel. Pour tirer parti de la nature particulière de la polarisation de la lumière diffusée dans les réseaux que nous étudions, nous introduisons la technique des corrélations d'intensité sélectives en polarisation qui nous permet d'obtenir des résultats originaux. En particulier, la fonction de corrélations croisées entre composantes de polarisation différente met en évidence la nature diffusive du mouvement* atomique dans certàines directions et porte la signature d'un nouvel effet de dégroupement de photons.