Electron interactions in mesoscopic physics : Scanning Gate Microscopy and interferometry at a quantum point contact

Au cours de cette these nous avons etudie les effets des interactions entre electrons dansles contacts ponctuels quantiques (QPCs). Les contacts ponctuels quantiques sont des petitscanaux quasi-unidimensionnels, definis a partir de gaz electroniques bidimensionnelsde haute mobilite (2DEG). Une tension negative appliquee sur des grilles metalliques audessus de la surface permet d’ouvrir ou fermer le QPC. Lorsqu’un QPC s’ouvre, de plusen plus de modes electroniques peuvent traverser le QPC, et sa conductance augmente parpas discrets, separes par un quantum de conductance 2e2/h. On peut le comprendre parle transport unidimensionnel d’une seule particule, car chaque mode transverse contribuepour un quantum de conductance.Mais depuis leurs premieres realisations, les QPCs ont montre des deviations par rapporta ce modele a une particule. Les plus connues sont un epaulement sous le premier plateau,autour de 0.7×2e2/h, appele "l’anomalie 0.7", et un pic dans la conductance differentiellequi apparait a basse temperature: l’anomalie a zero polarisation (ZBA).L’instrument que nous avons utilise pour etudier ces effets d’interactions est un microscopea effet de grille local (SGM). Cette technique consiste a modifier localement le potentield’un dispositif a l’aide d’une pointe de microscope a force atomique (AFM) chargee negativement,et enregistrer les modifications de la conductance en fonction de la position dela pointe. En utilisant cette technique a tres basse temperature, nous avons montre quenous pouvons moduler les anomalies de conductance du QPC. Nous avons interprete nosresultats comme la signature d’un cristal d’electrons se formant spontanement a bassedensite dans le QPC a cause de la repulsion Coulombienne: un cristal de Wigner. Onpeut modifier le nombre d’electrons cristallises en approchant la pointe, et obtenir dessignatures de la parite du nombre d’electrons localises dans le transport electronique.En fonction de cette parite, le cristal de Wigner presente un etat de spin different, etl’ecrantage de ce spin par les electrons de conduction au travers d’un mecanisme appeleeffet Kondo donne une anomalie a zero polarisation formant alternativement un simplepic ou un double pic. Cette decouverte apporte une avancee significative a ce domaine,qui a concentre les efforts de plusieurs groupes importants ces 15 dernieres annees.Nous avons ensuite realise des mesures interferometriques a l’aide du microscope SGM,en creant in situ des interferometres dans le gaz 2D. Nous avons obtenu les signaturesd’un dephasage supplementaire dans le regime de la ZBA. Nous attribuons cet effet audephasage universel accumule par les electrons a la traversee d’un singulet Kondo, ce quirenforce le fait que la ZBA trouve son origine dans les phenomenes Kondo.Enfin, nous avons adapte la technique SGM au transport thermoelectrique dans les QPCs,et avons image pour la premiere fois les interferences d’electrons se deplacant sous l’effetd’une difference de temperature.